特許 6550146 量子鍵生成のためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6550146

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】量子鍵生成のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H04L 9/12 20060101AFI20190711BHJP

   H04B 10/70 20130101ALI20190711BHJP

   H04J 14/00 20060101ALI20190711BHJP

   G02F 3/00 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   H04L9/00 631

   H04B10/70

   H04J14/00

   G02F3/00

【請求項の数】13

【全頁数】53

(21)【出願番号】特願2017-551220(P2017-551220)

(86)(22)【出願日】2016年3月30日

(65)【公表番号】特表2018-513622(P2018-513622A)

(43)【公表日】2018年5月24日

(86)【国際出願番号】US2016024854

(87)【国際公開番号】WO2016204847

(87)【国際公開日】20161222

【審査請求日】2019年4月1日

(31)【優先権主張番号】62/140,787

(32)【優先日】2015年3月31日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/680,522

(32)【優先日】2015年4月7日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/197,920

(32)【優先日】2015年7月28日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100175042

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 秀明

(72)【発明者】

【氏名】グレイ，スチュアート

(72)【発明者】

【氏名】カリテーフスキー，ニコライ エイ

(72)【発明者】

【氏名】イ，ミン−ジョン

(72)【発明者】

【氏名】ムレジュネク，ミカル

(72)【発明者】

【氏名】ノーラン，ダニエル アロイシウス

【審査官】 青木 重徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１５４０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１３６７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５１２２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５３２４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２１２１８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００９９１０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 Rodney Van Meter, et al.，System Design for a Long-Line Quantum Repeater，arXiv:0705.4128v2, Quantum Physics，[online]，２００８年 ５月 ７日，[retrieved on 2013-02-19]. Retrieved from the Internet，ＵＲＬ，<http://arxiv.org/pdf/0705.4128v2.pdf>

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ ９／１２

Ｇ０２Ｆ ３／００

Ｈ０４Ｂ １０／７０

Ｈ０４Ｊ １４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの光子検出器ユニット、２つの光子エンタングルメント鎖、及び複数のマルチコア光ファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって：
前記光子エンタングルメント鎖の各々は、前記２つの光子検出器ユニットの間に延在し；
前記光子エンタングルメント鎖の各々は、少なくとも１つの量子リピータ、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備え；
前記第１及び第２の終端量子メモリは、前記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の端部それぞれに位置決めされ；
前記光子エンタングルメント鎖の各々の前記量子リピータは、１ペアの光子をエンタングルさせるように構造的に構成され；
前記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各前記光子エンタングルメント鎖の前記量子リピータを、各前記光子エンタングルメント鎖の前記第１及び第２の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され、これにより、前記第１及び第２の終端量子メモリが受信する光子が、前記量子リピータがエンタングルさせた光子とエンタングルし；
前記複数のマルチコア光ファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延をもたらすよう構造的に構成される、少なくとも２つの不均一なコアを備え；
前記２つの光子エンタングルメント鎖それぞれの前記第１及び第２の終端量子メモリは、それぞれ、第１及び第２の交差鎖量子リピータを形成して、前記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成し；
前記第１及び第２の光子検出器ユニットは、それぞれ前記第１及び第２の交差鎖量子リピータによって生成された前記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【請求項2】

前記マルチコア光ファイバリンクは、単一モードマルチコア光ファイバを備え、
前記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも２つの前記コアは、異なる直径を備える、請求項１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項3】

前記マルチコア光ファイバリンクの各々に含まれる前記少なくとも２つのコアは、前記少なくとも２つのコア相互の間で光子伝播遅延が異なるように、異なる屈折率プロファイルを備える、請求項１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項4】

前記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも１つの前記コアは、屈折率プロファイルｎ（ｒ）^２＝ｎ_１^２（１‐２Δ（ｒ／ａ）^α）を備え、ここで：
ｒは前記コア内での径方向位置であり；
ｎ_１はｒ＝０における屈折率であり；
αは屈折率定数であり；
ａはクラッドの半径であり；
Δ＝（ｎ_１‐ｎ_２）／ｎ_１であり；
ｎ_２は前記クラッドの屈折率である、請求項３に記載の量子鍵生成システム。

【請求項5】

前記マルチコア光ファイバリンクは、中心コア及び１つ又は複数の径方向オフセットコアを備える、スパンマルチコア光ファイバリンクを含む、請求項１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項6】

前記スパンマルチコア光ファイバリンクは、α＝α_０ｓｉｎ（２πｚ／Λ）のスピンプロファイルを有する双方向スピン構成を備え、ここで：
αは、双方向スピンプロファイルであり；
α_０は、ターン数／単位長で表されるスピン振幅であり；
Λはスピン区間長さであり；
ｚは光ファイバリンクの長さである、請求項５に記載の量子鍵生成システム。

【請求項7】

前記マルチコア光ファイバリンクは、スパンマルチコア光ファイバリンクを含み、
前記中心コアと、個々の前記径方向オフセットコアとの間の、コア長さの差は

【数1】

であり、ここで：
Λは、光ファイバのスピン長さであり；
ａは、前記中心コアと前記個々の径方向オフセットコアとの間の径方向距離であり；
Ｎは、前記光ファイバリンクの長さＬに亘るスピンの合計数である、請求項１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項8】

前記マルチコア光ファイバリンクの個々の前記コアが、前記光子エンタングルメント鎖のうちの１つに対する光子伝播経路を提供し、同一の前記マルチコア光ファイバリンクの他の個々の前記コアが、前記光子エンタングルメント鎖のうちの別の１つに対する光子伝播経路を提供するよう、構造的に構成される、請求項１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項9】

前記光子エンタングルメント鎖の各々は、始点エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、並びに少なくとも２つの量子リピータを更に備え；
前記始点エンタングルド光子生成器は、前記光子エンタングルメント鎖の前記第１の端部と前記第２の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ；
前記光子エンタングルメント鎖の各々の前記量子リピータのうちの少なくとも２つは、コア長さＬのコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記始点エンタングルド光子生成器に光学的に連結された、第１及び第２の中間量子リピータを備え；
前記光子エンタングルメント鎖の各々の前記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬのコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記第１及び第２の中間量子リピータに光学的に連結され；
前記光子エンタングルメント鎖の各々の前記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬ’のコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記第１及び第２の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでＬ'＞Ｌであり；
前記始点エンタングルド光子生成器、前記第１の中間エンタングルド光子生成器、及び前記第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され：
前記光子エンタングルメント鎖の各々の前記第１及び第２の中間量子リピータは、前記始点エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、前記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成される、請求項１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項10】

前記光子エンタングルメント鎖の各々の少なくとも１つの前記量子リピータは、前記光子エンタングルメント鎖の前記第１の端部と前記第２の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされた、始点量子リピータを更に備え；
前記光子エンタングルメント鎖の各々は、コア長さＬのコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記始点量子リピータに光学的に連結された、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器を備え；
前記光子エンタングルメント鎖の各々の前記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬ’のコアを備える前記マルチコア光ファイバリンクによって、前記光子エンタングルメント鎖の前記第１及び第２の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでＬ'＞Ｌであり；
前記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され；
前記光子エンタングルメント鎖の各々の前記始点量子リピータは、前記第１の中間エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、前記第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成される、請求項１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項11】

前記光子エンタングルメント鎖の各々は、各前記光子エンタングルメント鎖の前記第１の終端量子メモリと前記第２の終端量子メモリとの間に配置された少なくとも２つの量子リピータを更に備え、
前記少なくとも２つの量子リピータは、隣接して位置決めされ、前記マルチコア光ファイバリンクによって光学的に連結され；
前記量子リピータの各々は、光子のペアをエンタングルさせて、個々のエンタングルした前記光子を前記マルチコア光ファイバリンク内へと出力するよう、構造的に構成され；
前記量子リピータの各々に隣接して位置決めされた前記量子リピータが出力した前記個々のエンタングルした光子を受信するよう、構造的に構成される、請求項１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項12】

前記光子エンタングルメント鎖の各々の前記少なくとも２つの量子リピータはそれぞれ、２つの量子メモリ、及びエンタングルメント光学素子を備え；
前記エンタングルメント光学素子は、前記２つの量子メモリ及び２つのエンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する、２つ以上のエンタングリング経路を備える、請求項１１に記載の量子鍵生成システム。

【請求項13】

前記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、前記ビームスプリッタは、前記エンタングリング経路の各々が前記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ；
前記エンタングルメント光学素子は、前記量子メモリが出力した粒子が前記ビームスプリッタを同時に横断する際に、前記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、請求項１２に記載の量子鍵生成システム。

【発明の詳細な説明】

【優先権】

【0001】

本出願は、２０１５年４月７日出願の米国特許出願第１４／６８０，５２２号の優先権を主張するものであり、上記特許出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１５年３月３１日出願の米国仮特許出願第６２／１４０，７８７号、及び２０１５年７月２８日出願の米国仮特許出願第６２／１９７，９２０号の優先権の利益を主張するものであり、これらの内容は信頼できるものであり、また参照によりその全体が本出願に援用される。

【技術分野】

【0002】

本開示は、量子鍵生成システム、及び量子鍵を生成する方法に関する。より具体的には、本開示は、増大した量子鍵ビットレートを提供するための量子鍵生成システムに関する。

【発明の概要】

【0003】

本開示の主題によると、量子鍵生成システムは、２つの光子検出器ユニット、２つの光子エンタングルメント鎖、及び複数のマルチコアファイバリンクを含む。各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在する。各上記光子エンタングルメント鎖は、少なくとも１つの量子リピータ、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備える。上記第１及び第２の終端量子メモリは、上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の端部それぞれに位置決めされる。各上記光子エンタングルメント鎖の上記量子リピータは、１ペアの光子をエンタングルさせるように構造的に構成される。上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の上記量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され、これにより、上記第１及び第２の終端量子メモリが受信する光子が、上記量子リピータがエンタングルさせた光子とエンタングルする。上記複数のマルチコア光ファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延をもたらすよう構造的に構成される、少なくとも２つの不均一なコアを備える。上記２つの光子エンタングルメント鎖それぞれの上記第１及び第２の終端量子メモリは、それぞれ、第１及び第２の交差鎖（ｃｒｏｓｓ‐ｃｈａｉｎ）量子リピータを形成し、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド（ｅｎｔａｎｇｌｅｄ）粒子を生成する。更に、上記第１及び第２の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第１及び第２の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される。

【0004】

本開示の一実施形態によると、量子鍵生成システムは、２つの光子エンタングルメント鎖、２つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを含む。各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在する。上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成される。更に、上記２つの光子エンタングルメント鎖は、約１〜１００ＭＨｚのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される。

【0005】

本開示の別の実施形態によると、量子鍵生成システムは、２つの光子エンタングルメント鎖、２つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを含む。各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在する。上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成される。更に、上記２つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも１つの量子リピータの処理速度Πの約１０％以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される。

【0006】

本開示の更に別の実施形態によると、量子鍵生成システムは、２つの光子エンタングルメント鎖、２つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える。各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在する。上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成される。更に、上記２つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも１つの量子リピータの処理速度Πの約１０％以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子情報を生成するよう、構造的に構成される。

【0007】

本明細書では、本開示の概念を、主に量子鍵生成を参照して説明するが、上記概念はいずれの量子情報通信に適用可能となると考えられる。

【0008】

本開示の具体的実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読んだ場合に最もよく理解できる。これらの図面では、同様の構造は同様の参照番号で示される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本明細書において図示及び説明される１つ又は複数の実施形態による、少なくとも１つの量子リピータを含む量子鍵生成システムの概略図

【図2】本明細書において図示及び説明される１つ又は複数の実施形態による、始点エンタングルド（ｅｎｔａｎｇｌｅｄ）光子生成器を含む量子鍵生成システムの概略図

【図3】本明細書において図示及び説明される１つ又は複数の実施形態による、始点量子リピータを含む別の量子鍵生成システムの概略図

【図4】本明細書において図示及び説明される実施形態による、例示的なマルチコア光ファイバリンクの概略図

【図5】本明細書において図示及び説明される１つ又は複数の実施形態による、例示的なエンタングルド光子生成器の概略図

【図6】本明細書において図示及び説明される１つ又は複数の実施形態による、信号リンクシステムの概略図

【図7】本明細書において図示及び説明される１つ又は複数の実施形態による、図６の信号リンクシステムの例示的な光ファイバリンクの概略図

【発明を実施するための形態】

【0010】

まず図１を参照すると、２つの光子検出器ユニット１１０、１１２、２つの光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂ及び複数の光ファイバリンク１６０を備える量子鍵生成システム１００が示されている。各光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂは、２つの光子検出器ユニット１１０、１１２の間に延在し、各光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂは、少なくとも１つの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂ、並びに第１及び第２の終端量子メモリ１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂを備える。

【0011】

各光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂは、１ペアの光子をエンタングルさせるよう、構造的に構成されてよい。例えば少なくとも１つの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂは、２つの量子メモリ１４５及びエンタングルメント光学素子１７０を備えてよい。エンタングルメント光学素子１７０は、２つの量子メモリ１４５及び２つのエンタングルメント検出器１７２に光学的に連結されてこれらの間に延在する、２つ以上のエンタングリング経路１７１を備えてよい。エンタングルメント検出器１７２は、単一光子検出器、例えば超伝導性ナノワイヤ単一光子検出器を備えてよい。エンタングルメント検出器１７２はまた、低ノイズフォトダイオードを備えてよい。エンタングルメント光学素子１７０は更に、ビームスプリッタ１７３を備えてよく、これは、各エンタングリング経路１７１がビームスプリッタ１７３を横断するように位置決めされる。エンタングルメント光学素子１７０は、量子メモリ１４５が出力した粒子がビームスプリッタ１７３を同時に横断する際に、複数ペアの粒子をエンタングルさせるよう、構造的に構成されてよい。更に、エンタングルメント光学素子１７０は、光導波路内に格納してよく、またいくつかの実施形態では、少なくとも１つの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂ、エンタングルメント光学素子１７０、及びエンタングルメント検出器１７２は、光子集積回路を形成してよい。代替実施形態では、量子リピータ１４０ａ、１４０ｂは、量子メモリ１４５を有しないエンタングルメント光学素子１７０、例えば量子リピータ１４０ａ、１４０ｂが受信する光子等の粒子のペアをエンタングルさせるよう構造的に構成されたエンタングルメント光学素子１７０を備えてよい。

【0012】

ここでもまた図１を参照すると、第１及び第２の終端量子メモリ１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂは、それぞれ光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂの第１及び第２の端部１１６、１１８に位置決めされる。２つの光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂそれぞれの、第１及び第２の終端量子メモリ１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂは、第１及び第２の光子検出器ユニット１１０、１１２に光学的に連結された終端エンタングルメント光学素子１７４を含む、第１及び第２の交差鎖量子リピータ１５０、１５２を形成してよい。第１及び第２の交差鎖量子リピータ１５０、１５２は、測定可能なエンタングルド粒子を生成するよう構造的に構成されてよく、また第１及び第２の光子検出器ユニット１１０、１１２は、上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう構造的に構成されてよい。代替実施形態では、第１及び第２の交差鎖量子リピータ１５０、１５２は、終端量子メモリ１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂを有しない終端エンタングルメント光学素子１７４、例えば交差鎖量子リピータ１５０、１５２が受信する光子等の粒子のペアをエンタングルさせるよう構造的に構成された終端エンタングルメント光学素子１７４を備えてよい。

【0013】

いくつかの実施形態では、複数の光ファイバリンク１６０は、各光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂの少なくとも１つの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂを、各光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂの第１及び第２の終端量子メモリ１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂと光学的に連結するよう、構造的に構成されてよく、これにより、第１及び第２の終端量子メモリ１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂが受信した、又は代替実施形態では第１及び第２の交差鎖量子リピータ１５０、１５２の終端エンタングルメント光学素子１７４が受信した光子が、少なくとも１つの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂが受信した光子とエンタングルされる。更に、光ファイバリンク１６０は、単一コア光ファイバリンク１６０、及び／又は不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成される少なくとも２つの不均一なコアを有するマルチコア光ファイバリンク１６０を備えてよい。例えば、上記少なくとも２つの不均一なコアは、異なるコア長さ、異なる直径、異なる屈折率又は他のいずれの不均一な特性を備えてよく、これにより以下で図４を参照して更に詳細に説明するように、不均一な光子伝播遅延が促進される。

【0014】

いくつかの実施形態では、光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂは、マルチコア光ファイバ１６０、及び各光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂの第１及び第２の終端量子メモリ１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂの間に配置された少なくとも２つの量子リピータを含んでよい。上記少なくとも２つの量子リピータは、隣接して位置決めしてよく、またマルチコア光ファイバリンク１６０によって光学的に連結してよい。この実施形態では、光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂは、Ｄｕａｎ ｅｔ ａｌ．， Ｎａｔｕｒｅ、４１４、２２ Ｎｏｖ． ２００１、ｐｇｓ ４１３‐４１８、及びＳａｎｇｏｕａｒｄ ｅｔ． ａｌ．， “Ｑｕａｎｔｕｍ ｒｅｐｅａｔｅｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｔｏｍｉｃ ｅｎｓｅｍｂｌｅｓ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃｓ，” Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ． ８３、２０１１、ｐｇｓ ３４‐７３に記載されているような、量子リピータに関するＤＬＣＺプロトコルで構造的に構成されてよい。動作時、光ファイバリンク１６０のコア長さは、温度等の外部因子によって変化し得る。不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成される少なくとも２つの不均一なコアを備えるマルチコア光ファイバリンク１６０を提供することによって、外的要因がコア長さを変化させた場合であっても、一致するコア長さを有するコアを、上記少なくとも２つの量子リピータと整列させることができる。

【0015】

ここでもまた図１を参照すると、量子鍵生成システム１００は更に、少なくとも１つの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂをマルチコア光ファイバリンク１６０の個々のコアと光学的に整列させるよう構造的に構成される、１つ又は複数の整列機構１８０を備えてよく、これにより少なくとも１つの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂを、マルチコア光ファイバリンク１６０の個々のコアと光学的に整列した状態で選択的に位置決めできる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の整列機構１８０は、整列ステージ、光学スイッチ又はこれら両方を備えてよい。

【0016】

ここで図２を参照すると、２つの光子検出器ユニット２１０、２１２及び２つの光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂを備える量子鍵生成システム２００が示されている。各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂは、２つの光子検出器ユニット２１０、２１２の間に延在し、始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂ、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂ、第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂ、並びに第１及び第２の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂを備える。第１及び第２の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂは、それぞれ、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の端部２１６、２１８に位置決めされる。始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂは、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の端部２１６、２１８の間の各始点（ｏｒｉｇｉｎａｔｉｏｎ）位置２１４に位置決めされる。

【0017】

始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂ、第１の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３４ａ、２３４ｂはそれぞれ、例えばパラメトリックダウンコンバージョンプロセスを用いて、エンタングルした光子のペアを生成するよう、構造的に構成される。いくつかの実施形態では、上記エンタングルド光子生成器はそれぞれ、非線形結晶に光学的に連結されたレーザ源を備えてよい。他の実施形態では、上記エンタングルド光子生成器は、四光波混合プロセス、又はエンタングルした光子のペアを生成するいずれの方法若しくはプロセスを用いて、エンタングルした光子のペアを生成するよう、構造的に構成されてよい。更に各上記エンタングルド光子生成器は、例えば約８００〜約１８００ｎｍ、例えば約１５５０ｎｍのいずれの波長λを有するエンタングルした光子を提供するよう、構造的に構成されてよい。

【0018】

ここでもまた図２を参照すると、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂは、コア長さＬの光ファイバリンク２６０によって、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂに光学的に連結してよく、またコア長さＬの光ファイバリンク２６０によって、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂに光学的に連結してよい。光ファイバリンク２６０は、単一コア光ファイバ、マルチコア光ファイバ等といったいずれの光ファイバを備えてよいことを理解されたい。

【0019】

各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂはそれぞれ、始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂが出力したエンタングルした光子のペアの個々の光子、並びに第１又は第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂが出力したエンタングルした光子のペアの個々の光子を受信してよく、例えば同時に受信してよい。コア長さＬの光ファイバリンク２６０を提供することにより、第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂは、受信した光子を、同時に到着してすぐに遅延なくエンタングルさせるよう、構造的に構成できる。動作時、光ファイバリンク２６０のコア長さは、温度等の外部因子によって変化し得る。不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成される少なくとも２つの不均一なコアを備えるマルチコア光ファイバリンク２６０を提供することによって、外的要因がコア長さを変化させた場合であっても、一致するコア長さを有するコアを、第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂと整列させることができる。

【0020】

いくつかの実施形態では、例えば図６及び７を参照して以下で説明されるように、量子鍵生成システム２００は、光ファイバリンク２６０のうちの１つ又は複数に、例えば光ファイバリンク２６０の、始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂ並びに第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂと同一の端部において、光学的に連結された、１つ又は複数の古典信号生成器を更に備えてよい。動作時、上記１つ又は複数の古典信号生成器は、例えばエンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂが生成したエンタングルした光子と同時に、光ファイバリンク２６０を横断できる、古典光子信号を生成してよい。更に量子鍵生成システム２００は、上記古典信号生成器が生成した１つ又は複数の古典光子信号を受信するために、上記１つ又は複数の古典信号生成器とは反対側において光ファイバリンク２６０に光学的に連結された、１つ又は複数の古典信号受信器を備えてよい。

【0021】

これもまた図６及び７を参照して以下で説明されるように、量子鍵生成システム２００は、光ファイバリンク２６０に連結され、かつ光ファイバリンク２６０の対向する端部に位置決めされた、光多重化器及び逆多重化器を備えてよく、これらは、古典光子信号とエンタングルした光子とを多重化及び逆多重化するよう、構造的に構成される。更に量子鍵生成システム２００は、光ファイバリンク２６０に連結され、かつ光ファイバリンク２６０の対向する端部に位置決めされた、光学エンコーダ及び光学デコーダを備えてよく、これらは、古典光子信号とエンタングルした光子とをエンコード及びデコードするよう、構造的に構成される。

【0022】

再び図２を参照すると、量子鍵生成システム２００は更に、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂのコンポーネントをマルチコア光ファイバリンク２６０の個々のコアと光学的に整列させるよう構造的に構成された、１つ又は複数の整列機構２８０を備えてよく、これにより、上記コンポーネントのうちのいずれを、マルチコア光ファイバリンク２６０の個々のコアと光学的に整列した状態で選択的に位置決めできる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の整列機構２８０は、整列ステージ、光学スイッチ又はこれら両方を備えてよい。いくつかの実施形態では、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの上記１つ又は複数の量子リピータは、整列機構２８０に連結される。いくつかの実施形態では、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの上記１つ又は複数のエンタングルド光子生成器は、整列機構２８０に連結される。

【0023】

ここでもまた図２を参照すると、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂは、始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂが生成した、エンタングルした光子のペアを、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂがそれぞれ生成した、エンタングルした光子のペアとエンタングルさせることができるように、構造的に構成されてよい。例えばいくつかの実施形態では、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂはそれぞれ、２つの量子メモリ２４５及びエンタングルメント光学素子２７０を備えてよい。

【0024】

エンタングルメント光学素子２７０は、２つの量子メモリ２４５及びエンタングルメント検出器２７２に光学的に連結されてこれらの間に延在する、２つの経路を含んでよい。更にエンタングルメント検出器２７２は、超伝導性ナノワイヤ単一光子検出器といった単一光子検出器、低ノイズフォトダイオードを備えてよい。エンタングルメント光学素子２７０は更に、ビームスプリッタ２７３を備えてよく、これは、各エンタングリング経路２７１がビームスプリッタ２７３を横断するように位置決めされる。エンタングルメント光学素子２７０は、量子メモリ２４５が出力した粒子、例えば量子メモリ２４５が出力したストークス光子のペア又は反ストークス光子のペアが、ビームスプリッタ２７３を同時に横断する際に、複数ペアの粒子をエンタングルさせるよう、構造的に構成されてよい。更に、エンタングルメント光学素子２７０は、光導波路内に格納してよく、また個々の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂ、関連するエンタングルメント光学素子２７０、及び関連するエンタングルメント検出器２７２は、光子集積回路を形成してよい。代替実施形態では、第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂは、量子メモリ２４５を有しないエンタングルメント光学素子２７０、例えば第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂが受信する光子等の粒子のペアをエンタングルさせるよう構造的に構成されたエンタングルメント光学素子２７０を備えてよい。

【0025】

動作時、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂは、始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂのうちの１つが生成した個々のエンタングルした光子を受信してよく、またそれぞれ、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂのうちの１つの、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂが生成した個々のエンタングルした光子を受信してよく、受信したこれらの光子をエンタングルさせてよい。例えば、第１の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂは、始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂが生成した個々のエンタングルした光子を受信してよく、また第１の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂが生成した個々のエンタングルした光子を受信してよい。第２の中間量子リピータ２４２ａ、２４２ｂは、始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂが生成した個々のエンタングルした光子を受信してよく、また第２の中間エンタングルド光子生成器２３４ａ、２３４ｂ個々のエンタングルした光子を受信してよい。

【0026】

各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂはそれぞれ、コア長さＬ'の光ファイバリンク２６０によって、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂに光学的に連結してよく、ここでＬ'＞Ｌである。コア長さＬ'により、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂが出力したエンタングルした光子の上記ペアの個々のエンタングルした光子が、コア長さＬ’の光ファイバリンク２６０を通って移動している間に、第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂにおいて光子エンタングルメントが発生できる。従って、上記第１及び第２の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂに到達すると、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂに到達した光子は、同一の光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第２の終端量子メモリ２５６ａ、２５６ｂに到達した光子とエンタングルし得る。

【0027】

ここでもまた図２を参照すると、２つの光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂそれぞれの第１及び第２の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂはそれぞれ、第１及び第２の交差鎖量子リピータ２５０、２５２を形成し、これらはそれぞれ、測定可能なエンタングルド粒子を生成するよう構造的に構成される。動作時、交差鎖量子リピータ２５０、２５２は、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂからの光子をエンタングルさせる。例えば第１及び第２の交差鎖量子リピータ２５０、２５２は、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂそれぞれが生成した光子を受信してよく、受信したこれらの光子を、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂが生成したエンタングルした光子のペアがエンタングルするように、エンタングルさせてよく、そして光子検出器ユニット２１０、２１２が測定可能な、測定可能なエンタングルド粒子を生成してよい。

【0028】

ここでもまた図２を参照すると、各光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１及び第２の交差鎖量子リピータ２５０、２５２は更に、終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂ及び光子検出器ユニット２１０、２１２に光学的に連結されてこれらの間に延在する１つ又は複数のエンタングリング経路２７１を含む、終端エンタングルメント光学素子２７４を備えてよい。終端エンタングルメント光学素子２７４はまた、ビームスプリッタ２７３を備えてよく、これは、各エンタングリング経路２７１が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされる。いくつかの実施形態では、終端エンタングルメント光学素子２７４は、エンタングルメント光学素子２７０と同一のコンポーネントを備えてよく、また光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１の端部２１６及び第２の端部２１８に位置決めしてよい。終端エンタングルメント光学素子２７４は、終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂが出力した粒子がビームスプリッタ２７３を同時に横断する際に、複数ペアの粒子をエンタングルさせるよう、構造的に構成されてよい。いくつかの実施形態では、終端エンタングルメント光学素子２７４は、光導波路内に格納してよい。更に、第１及び第２の交差鎖量子リピータ２５０、２５２、終端エンタングルメント光学素子２７４、並びに光子検出器ユニット２１０、２１２は、光子集積回路を形成してよい。代替実施形態では、第１及び第２の交差鎖量子リピータ２５０、２５２は、終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂを有しない終端エンタングルメント光学素子２７４、例えば交差鎖量子リピータ２５０、２５２が受信する光子等の粒子のペアをエンタングルさせるよう構造的に構成された終端エンタングルメント光学素子２７４を備えてよい。

【0029】

ここでもまた図２を参照すると、上記第１及び第２の光子検出器ユニット２１０、２１２はそれぞれ、第１及び第２の交差鎖量子リピータ２５０、２５２が生成した測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される。いくつかの実施形態では、各光子検出器ユニット２１０、２１２は、１ペアの光子検出器を備え、上記光子検出器は、個々の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂが生成した粒子が個々の光子検出器によって受信されるように、終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂ、及び／又は終端エンタングルメント光学素子２７４と光学的に整列した状態で位置決めされる。更に光子検出器ユニット２１０、２１２は、１つ又は複数の低ノイズフォトダイオード及び／又は例えば超伝導性ナノワイヤ単一光子検出器等の１つ若しくは複数の単一光子検出器を備えてよい。いくつかの実施形態では、光子検出器ユニット２１０、２１２は、エンタングルメント検出器２７２と同一の検出器を備えてよいが、量子鍵生成システム２００内に配置される検出器のいずれの組み合わせが考えられる。

【0030】

動作時、第１及び第２の交差鎖量子リピータ２５０、２５２が生成した測定可能なエンタングルド粒子は、終端エンタングルメント光学素子２７４によってエンタングルされ、これにより各光子検出器ユニット２１０、２１２は、測定可能なエンタングルド粒子の相関エンタングルド粒子特性を測定する。各光子検出器ユニット２１０、２１２が受信した測定可能なエンタングルド粒子は、第１の端部２１６における相関エンタングルド粒子特性の測定が、第２の端部２１８における相関エンタングルド粒子特性の測定と相関するように、量子状態を共有する。上記相関エンタングルド粒子特性は、上記測定可能なエンタングルド粒子のいずれの測定可能な量子特性、例えば直線偏光、円偏光、スピン、並進運動量、軌道角運動量等を含んでよい。

【0031】

いくつかの実施形態では、量子鍵生成システム２００は、始点位置２１４と第１の端部２１６との間に位置決めされ、また始点位置２１４と第２の端部２１８との間に位置決めされた、追加の量子リピータ及び追加のエンタングルド光子生成器を備えてよい。上記追加の量子リピータ及び上記追加のエンタングルド光子生成器は、交互に配置されてよい。各上記追加の量子リピータは、隣接する上記エンタングルド光子生成器の間に配置してよく、また光ファイバリンク２６０を用いて、隣接する上記エンタングルド光子生成器に光学的に連結してよい。各上記エンタングルド光子生成器は、ある追加の量子リピータと、別の追加の量子リピータ又は個々の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂとの間に配置してよく、また光ファイバリンク２６０を用いてこれらに光学的に連結してよい。

【0032】

始点位置２１４と第１及び第２の端部２１６、２１８との間の信号減衰を最小化しながら、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの長さを増大させるために、光ファイバリンク２６０を用いて光学的に連結されたいずれの個数の追加の量子リピータ及び追加のエンタングルド光子生成器が考えられる。更に、いずれの１つの個別の量子リピータに光学的に連結される光ファイバリンク２６０のペアは、略等しいコア長さを備えてよく、これにより、上記個別の量子リピータは、隣接するエンタングルド光子生成器が出力する個々の光子を同時に受信できる。いくつかの実施形態では、光ファイバリンク２６０の上記ペアは、それが光学的に連結される各量子リピータが、始点位置２１４から外側に位置決めされているほど、より長いコア長さ（例えばＬ、Ｌ’、Ｌ’’、Ｌ’’’等）を備えてよい。

【0033】

動作時、エンタングルした光子のペアを、各エンタングルド光子生成器が同時に出力すると、始点位置２１４により近接して位置決めされた量子リピータが光子を受信してエンタングルさせた後に、始点位置２１４からより外側に位置決めされた各量子リピータが、隣接するエンタングルド光子生成器が出力した光子を受信する。従って、始点位置２１４から離れるように移動する光子は、光ファイバリンク２６０を横断する間にエンタングルされた状態となる。これにより、エンタングルメントスワッピングの連鎖が生成され、これにより、個々の光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第１の端部２１６において終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂが受信した光子が、到達後すぐに、同一の光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂの第２の端部２１８において終端量子メモリ２５６ａ、２５６ｂが受信した光子とエンタングルされる。

【0034】

更に、終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂに光学的に連結された光ファイバリンク２６０は、複数の光ファイバリンク２６０の最長のコア長さを有してよく、第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂに光学的に連結された光ファイバリンク２６０は、複数の光ファイバリンク２６０の最短のコア長さを有してよい。

【0035】

ここでもまた図２を参照すると、各光子検出器ユニット２１０、２１２によって測定される上記相関エンタングルド粒子特性は、相関量子鍵ビットに変換できる。各相関量子鍵ビットは、二値ビット、例えば「１」ビット又は「０」ビットを含んでよい。いくつかの実施形態では、各光子検出器ユニット２１０、２１２によって測定される上記相関エンタングルド粒子特性は、等位（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）エンタングルド粒子特性を備えてよく、従って、各光子検出器ユニットで生成された各相関量子鍵ビットは、一致する二値ビットを含む。例えば光子検出器ユニット２１０が、「０」ビットを含む等位エンタングルド粒子特性を測定した場合、光子検出器ユニット２１２もまた、「０」ビットを含む等位エンタングルド粒子特性を測定する。他の実施形態では、各光子検出器ユニットによって測定される相関エンタングルド粒子特性は、直交（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）エンタングルド粒子特性を備え、従って、各光子検出器ユニットで生成された各相関量子鍵ビットは、反対の二値ビットを備える。例えば光子検出器ユニット２１０が、「０」ビットを含む直交エンタングルド粒子特性を測定した場合、光子検出器ユニット２１２は、「１」ビットを含む直交エンタングルド粒子特性を測定する。

【0036】

いくつかの実施形態では、上記相関エンタングルド粒子特性は、例えば相関エンタングルド粒子特性を相関量子鍵ビットに変換することで、又は変換することなく、いずれの量子情報を含んでよい。例えば光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂは、別個の位置間、例えば始点位置２１４と、第１の端部２１６及び第２の端部２１８のうちの一方又は両方との間、並びに第１及び第２の端部２１６、２１８の間で、いずれの量子情報を通信するよう、構造的に構成される。更に、各光子エンタングルメント鎖１１０ａ、１１０ｂ（図１）、２２０ａ、２２０ｂ（図２）、３２０ａ、３２０ｂ（図３）は、エンタングルド量子状態を備える粒子を生成し、上記エンタングルド量子状態を別個の位置へ及び上記別個の位置間で伝送することにより、別個の位置間でいずれの量子情報を通信するよう、構造的に構成される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の光子エンタングルメント鎖１１０ａ、１１０ｂ（図１）、２２０ａ、２２０ｂ（図２）、３２０ａ、３２０ｂ（図３）の各ペアは、量子情報を通信するために動作するワンタイムキーパッドとして構造的に構成されてよい。非限定的な例では、上記量子情報は、上記測定可能なエンタングルド粒子のいずれの測定可能な量子特性、例えば直線偏光、円偏光、スピン、並進運動量、軌道角運動量等を含んでよい。

【0037】

動作時、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂは、約１〜１００ＭＨｚ、例えば約５０〜１００ＭＨｚのビットレートΓで、相関量子鍵ビット又は他の量子情報を生成するよう、構造的に構成される。光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂは、各量子リピータの処理速度Πに近い又はこれと略同一の（例えば約１％以内の）ビットレートΓで相関量子鍵ビット又は他の量子情報を生成するよう、構造的に構成されてよく、これによりΓ_ＭＡＸ≦Π_ＭＡＸとなる。例えば、ビットレートΓは、処理速度Πの約１０％以内、処理速度Πの約５％以内、又は処理速度Πの約１％以内であってよい。例えば、ビットレートΓは、処理速度Πを上昇させて光子をエンタングルさせるよう構造的に構成された量子リピータを提供することによって、上昇させることができる。光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂのビットレートΓを上昇させることにより、相関量子鍵ビットを高速で生成でき、これにより、量子鍵を高いビット数で迅速に形成でき、量子鍵の複雑性を増大させることができる。

【0038】

更に動作時、複数の反復して変換された相関量子鍵ビットが、各光子検出器ユニット２１０、２１２において量子鍵を形成してよい。例えば、各光子検出器ユニット２１０、２１２は、反復して受信した相関量子鍵ビットを、相関二値ビットのセットに変換してよく、従って、各光子検出器ユニット２１０及び２１２は、他方の光子検出器ユニット２１０、２１２が受信した量子鍵と相関した量子鍵を受信し得る。これにより、上記量子鍵を暗号法の鍵として使用でき、従って、古典通信チャネルを介した第１の端部２１６と第２の端部２１８との間の通信を、この量子鍵を用いて暗号化できる。更に、いくつかの実施形態は、光子検出器ユニット２１０、２１２に通信可能に連結された電子ストレージデバイスを備えてよく、これは、上記相関量子鍵ビットを電子的に記憶するよう、構造的に構成される。他の実施形態では、光子検出器ユニット２１０、２１２は、上記量子鍵を電子的に記憶するよう、構造的に構成されてよい。

【0039】

ここで図３を参照すると、２つの光子検出器ユニット３１０、３１２及び２つの光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂを備える、別の量子鍵生成システム３００が示されている。各光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂは、２つの光子検出器ユニット３１０、３１２の間に延在する。この実施形態では、各光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂは、始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂ、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂ、並びに第１及び第２の終端量子メモリ３５４ａ、３５４ｂ、３５６ａ、３５６ｂを備える。第１及び第２の終端量子メモリ３５４ａ、３５４ｂ、３５６ａ、３５６ｂはそれぞれ、上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の端部３１６、３１８に位置決めされる。

【0040】

始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂは、光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂの第１及び第２の端部３１６、３１８の間の各始点位置３１４に位置決めされる。始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂは、コア長さＬの光ファイバリンク３６０によって、各光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂの第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂに光学的に連結された、２つの量子メモリ３４５を備えてよい。更に、光ファイバリンク３６０は、いずれの光ファイバリンク、例えば単一コア光ファイバリンク、及び／又は不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成される少なくとも２つの不均一なコアを有するマルチコア光ファイバリンク３６０を備えてよい。例えば、上記少なくとも２つの不均一なコアは、異なるコア長さ、異なる直径、異なる屈折率又は他のいずれの不均一な特性を備えてよく、これにより、不均一な光子伝播遅延が促進される。

【0041】

各光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂの第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂはそれぞれ、コア長さＬ’の光ファイバリンク３６０によって、光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂの上記第１及び第２の終端量子メモリ３５４ａ、３５４ｂ、３５６ａ、３５６ｂに光学的に連結してよく、ここでＬ'＞Ｌである。第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂはそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう、構造的に構成され、また量子鍵生成システム２００に関連して上述したエンタングルド光子生成器のうちのいずれを備えてよい。

【0042】

いくつかの実施形態では、例えば図６及び７を参照して以下で説明されるように、量子鍵生成システム３００は、光ファイバリンク３６０のうちの１つ又は複数に、例えば光ファイバリンク３６０の、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂと同一の端部において、光学的に連結された、１つ又は複数の古典信号生成器を更に備えてよい。動作時、上記１つ又は複数の古典信号生成器は、例えば第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂが生成したエンタングルした光子と同時に、光ファイバリンク３６０を横断できる、古典光子信号を生成してよい。更に量子鍵生成システム３００は、上記古典信号生成器が生成した１つ又は複数の古典光子信号を受信するために、上記１つ又は複数の古典信号生成器とは反対側において光ファイバリンク３６０に光学的に連結された、１つ又は複数の古典信号受信器を備えてよい。

【0043】

これもまた図６及び７を参照して以下で説明されるように、量子鍵生成システム３００は、光ファイバリンク３６０に連結され、かつ光ファイバリンク３６０の対向する端部に位置決めされた、光多重化器及び逆多重化器を備えてよく、これらは、古典光子信号とエンタングルした光子とを多重化及び逆多重化するよう、構造的に構成される。更に量子鍵生成システム３００は、光ファイバリンク３６０に連結され、かつ光ファイバリンク３６０の対向する端部に位置決めされた、光学エンコーダ及び光学デコーダを備えてよく、これらは、古典光子信号とエンタングルした光子とをエンコード及びデコードするよう、構造的に構成される。

【0044】

再び図３を参照すると、量子鍵生成システム３００は更に、光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂのコンポーネントをマルチコア光ファイバリンク３６０の個々のコアと光学的に整列させるよう構造的に構成された、１つ又は複数の整列機構３８０を備えてよく、これにより、上記コンポーネントのうちのいずれを、マルチコア光ファイバリンク３６０の個々のコアと光学的に整列した状態で選択的に位置決めできる。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の整列機構３８０は、整列ステージ、光学スイッチ又はこれら両方を備えてよい。いくつかの実施形態では、光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂの始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂは、整列機構３８０に連結される。いくつかの実施形態では、光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂの上記１つ又は複数のエンタングルド光子生成器は、整列機構３８０に連結される。

【0045】

各光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂの始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂは、第１の中間エンタングルド光子生成器３３２ａ、３３２ｂが生成したエンタングルした光子のペアがそれぞれ、第２の中間エンタングルド光子生成器３３４ａ、３３４ｂが生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルされるよう、構造的に構成されてよい。例えば、各光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂの始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂは、２つの量子メモリ３４５と、２つのエンタングリング経路３７１を含むエンタングルメント光学素子３７０とを備えてよい。エンタングリング経路３７１はそれぞれ、２つの量子メモリ３４５のうちの１つ及び２つのエンタングルメント検出器３７２のうちの１つに光学的に連結されて、これらの間に延在する。エンタングルメント光学素子３７０はまた、ビームスプリッタ３７３を含んでよく、これは、各エンタングリング経路３７１がビームスプリッタ３７３を横断するように位置決めされる。更にエンタングルメント光学素子３７０は、量子鍵生成システム２００に関連して上述したように、量子メモリ３４５が出力した粒子のペアが上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される。代替実施形態では、始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂは、量子メモリ３４５を有しないエンタングルメント光学素子３７０、例えば始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂが受信する光子等の粒子のペアをエンタングルさせるよう構造的に構成されたエンタングルメント光学素子３７０を備えてよい。

【0046】

２つの光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂそれぞれの第１及び第２の終端量子メモリ３５４ａ、３５４ｂ、３５６ａ、３５６ｂはそれぞれ、測定可能なエンタングルド粒子を生成するよう構造的に構成された、第１及び第２の交差鎖量子リピータ３５０、３５２を形成してよい。第１及び第２の交差鎖量子リピータ３５０、３５２は、終端エンタングルメント光学素子３７４を備えてよく、また量子鍵生成システム２００に関連して上述したような第１及び第２の交差鎖量子リピータ２５０、２５２であってよい。

【0047】

ここでもまた図３を参照すると、第１及び第２の光子検出器ユニット３１０、３１２はそれぞれ、第１及び第２の交差鎖量子リピータ３５０、３５２が生成した上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成されてよい。光子検出器ユニット３１０、３１２は、量子鍵生成システム１００及び２００に関連して上述した光子検出器のうちのいずれを備えてよい。更に各光子検出器ユニット３１０、３１２は、終端量子メモリ３５４ａ、３５４ｂ、３５６ａ、３５６ｂと光学的に整列された状態で位置決めされた、１ペアの光子検出器を備えてよく、これにより、個々の終端量子メモリ３５４ａ、３５４ｂ、３５６ａ、３５６ｂが生成した粒子は、個々の光子検出器３１０、３１２によって受信される。

【0048】

動作時、上記第１及び第２の交差鎖量子リピータ３５０、３５２が生成した上記測定可能なエンタングルド粒子は、終端エンタングルメント光学素子３７４によってエンタングルされ、これにより、各光子検出器ユニット３１０、３１２は、上記測定可能なエンタングルド粒子の相関エンタングルド粒子特性を測定でき、上記相関エンタングルド粒子特性を相関量子鍵ビットに変換して、量子鍵生成システム２００に関連して上述したように量子鍵を生成する。

【0049】

更に、いくつかの実施形態では、量子鍵生成システム３００は、量子鍵生成システム２００に関連して上述したように、始点位置３１４と第１の端部３１６との間に位置決めされ、また始点位置３１４と第２の端部３１８との間に位置決めされた、追加の量子リピータ及び追加のエンタングルド光子生成器を備えてよい。

【0050】

動作時、光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂは、約１〜１００ＭＨｚ、例えば約５０〜１００ＭＨｚのビットレートΓで、相関量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される。光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂは、各量子リピータの処理速度Πに近い又はこれと略同一の（例えば約１％以内の）ビットレートΓで相関量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成されてよく、これによりΓ_ｍａｘ≦Π_ｍａｘとなる。例えば、ビットレートΓは、処理速度Πの約１０％以内、処理速度Πの約５％以内、又は処理速度Πの約１％以内であってよい。例えば、ビットレートΓは、処理速度Πを上昇させて光子をエンタングルさせるよう構造的に構成された量子リピータを提供することによって、上昇させることができる。光子エンタングルメント鎖３２０ａ、３２０ｂのビットレートΓを上昇させることにより、相関量子鍵ビットを高速で生成でき、これにより、量子鍵を増大したビット数で迅速に形成でき、量子鍵の複雑性を増大させることができる。

【0051】

図１〜３を再び参照すると、光ファイバリンク１６０、２６０、３６０がマルチコア光ファイバリンクを備える場合、マルチコア光ファイバリンク１６０、２６０、３６０の個々のコアは、光子エンタングルメント鎖１２０ａ、２２０ａ、３２０ａのうちの１つに対する光子伝播経路を提供でき、また同一のマルチコア光ファイバリンク１６０、２６０、３６０の他の個々のコアは、光子エンタングルメント鎖１２０ｂ、２２０ｂ、３２０ｂのうちの別のものに対する光子伝播経路を提供できる。

【0052】

ここでもまた図１〜３を参照すると、光ファイバリンク１６０、２６０、３６０は、光ファイバリンク１６０、２６０、３６０のコア長さの測定のために、光学タイムドメイン反射率計等からの較正信号を受信するよう、構造的に構成されてよい。これにより、光ファイバリンク１６０、２６０、３６０の実際のコア長さを決定でき、これにより、外的要因（例えば温度等）によって個々のコアのコア長さが変化する場合であっても、所望のコア長さＬ、Ｌ’、Ｌ’’、Ｌ’’’等を有するコアを、光子エンタングルメント鎖のコンポーネントに光学的に連結できる。所望のコア長さＬ、Ｌ’、Ｌ’’、Ｌ’’’等を有する光ファイバリンク１６０、２６０、３６０を提供することにより、光子エンタングルメント鎖１１０ａ、１１０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ、３２０ａ、３２０ｂのビットレートΓは、コアが整列していないことによって低下しないようにすることができる。既に議論したように、この整列により、ビットレートΓ_ＭＡＸを、Π_ＭＡＸと略等しく（例えば約１％以内に）することができる。

【0053】

ここで図４を参照すると、コア１６２、１６４及びクラッド１６６を備える光ファイバリンク１６０の、非限定的なマルチコア実施形態が示されている。マルチコア光ファイバリンク１６０は、約２〜約２０個のコアを備える、単一モードマルチコア光ファイバを備えてよい。更に、マルチコア光ファイバリンク１６０は、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された、少なくとも２つの不均一なコアを備えてよい。図４に示されている、マルチコアファイバリンク１６０の上記マルチコア実施形態は、上述の量子鍵生成システム１００、２００、３００のうちのいずれの中に配置できる。

【0054】

いくつかの実施形態では、個々のマルチコア光ファイバリンク１６０の少なくとも２つのコア１６２、１６４は、上記少なくとも２つのコア１６２、１６４の間の光子伝播遅延が異なるように、異なる屈折率プロファイルを備える。例えば、マルチコア光ファイバリンク１６０の少なくとも１つのコアは、段階的屈折率プロファイル、傾斜した屈折率プロファイル、放物線的な屈折率プロファイル、三角形の屈折率プロファイル等を備えてよい。例えば、上記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも１つのコアは、屈折率プロファイルｎ（ｒ）^２＝ｎ_１^２（１‐２Δ（ｒ／ａ）^α）を備えてよく、ここで：ｒは上記コア内での径方向位置であり；ｎ_１はｒ＝０における屈折率であり；αは屈折率定数であり；ａはクラッド１６６の半径であり；Δ＝（ｎ_１‐ｎ_２）／ｎ_１であり、ここでｎ_２はクラッド１６６の屈折率である。更に、ある屈折率定数を有する光学コアに関する伝播遅延は、Ｋｅｃｋ， Ｄｏｎａｌｄ， Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， １９８１に記載されている。例えば、５９ページの式１．１３１は、ある屈折率定数ａを有する光学コアに関する伝播遅延の例を提供し、以下のように記載される：

【0055】

【数1】

【0056】

ここでｍ＝１であり；また

【0057】

【数2】

【0058】

であり；ａは個々のコアの半径であり；Δ＝（ｎ_１‐ｎ_２）／ｎ_１であり；ｎ_１はｒ＝０における屈折率であり；ｎ_２はクラッド１６６の屈折率であり；ｋ＝２π／λであり；λは、量子鍵生成システム１００、２００、３００のエンタングルド粒子生成器又は量子リピータが生成する光子の波長であり；上記屈折率が放物線的屈折率である場合はα＝２であり、上記屈折率が三角形屈折率である場合はα＝１であり、上記屈折率が段階的屈折率である場合はα＝∞である。従って、マルチコア光ファイバ１６０は、異なる屈折率、例えば異なるαの値を有する複数のコアを備えてよく、これにより、少なくとも２つのコアが等しいコア長さを備える実施形態においてさえ、上記少なくとも２つのコアが不均一な光子伝播遅延を提供する。

【0059】

いくつかの実施形態では、マルチコア光ファイバリンク１６０は、中心コア１６２及び１つ又は複数の径方向オフセットコア１６４を備える、スパン（ｓｐｕｎ）マルチコア光ファイバリンク１６０を含んでよい。スパンマルチコア光ファイバリンクは、いずれのスピン構成、例えば単方向スピン構成、双方向スピン構成等を備えてよい。例えばスパンマルチコア光ファイバリンク１６０は、α（ｚ）＝α_０のスピンプロファイルを有する単方向スピン構成を備えてよく、ここでα（ｚ）は、ファイバリンクの長さに沿った座標（ｚ）における単方向スピンプロファイルであり、α_０は、ターン数／単位長で表されるスピン振幅である。この実施形態では、スピン振幅α_０は、約１〜１０ターン／メートル、例えば約３〜５ターン／メートルであってよい。スパンマルチコア光ファイバリンクの非限定的な例は、米国公開特許第２０１３／０３０８９１３号明細書、及び米国公開特許第２０１１／０１２９１９０号明細書で確認できる。

【0060】

いくつかの実施形態では、スパンマルチコア光ファイバリンク１６０は、α＝α_０ｓｉｎ（２πｚ／Λ）のスピンプロファイルを有する双方向スピン構成を備えてよく、ここでαは、双方向スピンプロファイルであり、α_０は、ターン数／単位長で表されるスピン振幅であり、Λはスピン区間長さであり、ｚはファイバリンクの長さである。この実施形態では、スピン振幅ａ_０は、約１〜１０ターン／メートル、例えば約３〜５ターン／メートルであってよく、スピン区間長さΛは、約０．１〜５０メートル、例えば約３〜２５メートルであってよい。他の実施形態では、スパンマルチコア光ファイバリンク１６０は、正方形又は三角形双方向スピンプロファイルを備えてよい。

【0061】

ここでもまた図４を参照すると、中心コア１６２は、１つ又は複数の径方向オフセットコア１６４とは異なるコア長さを有してよい。例えばいくつかの実施形態では、中心コア１６２と個々の径方向オフセットコア１６４との間のコア光学経路長の差異は

【0062】

【数3】

【0063】

であり、ここで：Λは光ファイバのスピン長さであり；ａは、中心コア１６２と個々の径方向オフセットコア１６４との間の径方向距離であり；Ｎは、上記光ファイバリンクの長さＬに亘るスピンの合計数である。従って、スパンマルチコア光ファイバリンク１６０は、異なるコア長さを有する複数のコアを備えてよく、これにより、少なくとも２つのコアがそれぞれ不均一な光子伝播遅延を提供する。不均一な光子伝播遅延を提供する少なくとも２つのコアを備えるマルチコア光ファイバリンクは、屈折率プロファイル、スピン構成及び／又はスピンプロファイルのいずれの組み合わせを備えてよいことを理解されたい。

【0064】

ここで図５を参照すると、エンタングルド光子生成器４３０の非限定的な実施形態が示されている。エンタングルド光子生成器４３０は、４つ以上のエンタングルした光子、例えば２ペア以上のエンタングルした光子のペアを生成するよう、構造的に構成される。エンタングルド光子生成器４３０は、上述の量子鍵生成システム２００、３００の光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂ、３２０ａ、３２０ｂのうちのいずれに位置決めしてよい。例えばエンタングルド光子生成器４３０は、始点エンタングルド光子生成器、例えば始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂ（図２）のうちのいずれを備えてよい。いくつかの実施形態では、エンタングルド光子生成器４３０はまた、中間エンタングルド光子生成器、例えば、中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂ、３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂ（図２及び３）のうちのいずれを備えてよい。更に図５に示すように、光ファイバリンク４６０は、エンタングルド光子生成器４３０に光学的に連結され、光ファイバリンク１６０、２６０、３６０（図１〜３）のうちのいずれを備えてよい。光ファイバリンク４６０は、エンタングルド光子生成器４３０を、隣接する量子リピータ、例えば、始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂ（図３）、中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂ（図２）及び交差鎖量子リピータ１５０、１５２、２５０、２５２、３５０、３５２（図１〜３）と、光学的に連結させることができる。

【0065】

動作時、光子エンタングルメント鎖２２０ａ、２２０ｂ、３２０ａ、３２０ｂのうちのいずれに１つ又は複数のエンタングルド光子生成器４３０を位置決めすることにより、各エンタングルド光子生成器４３０は、各光ファイバリンク４６０に、２つ以上のエンタングルした光子を出力できる。各光ファイバリンク４６０に２つ以上のエンタングルした粒子が出力される際、上記２つ以上のエンタングルした光子のうちの１つのエンタングルした光子が、上記２つ以上のエンタングルした光子が光ファイバリンク４６０を横断するに従って減衰する場合、上記２つ以上のエンタングルした光子のうちの１つ又は複数の残りのエンタングルした光子は、隣接する量子リピータ（例えば始点、中間又は交差鎖量子リピータ）によって受信できる。エンタングルド光子生成器４３０を用いて追加のエンタングルした光子を生成することにより、各光ファイバリンク４６０のコア長さを、光子を減衰させて量子鍵生成システム１００、２００、３００の成功率を低下させることなく、延長でき、これにより、各交差鎖量子リピータ１５０、１５２、２５０、２５２、３５０、３５２は、少なくとも１つのエンタングルした光子を受信し、各光子検出器ユニット１１０、１１２、２１０、２１２、３１０、３１２は、少なくとも１つの測定可能なエンタングルド粒子を受信する。例えば、エンタングルド光子生成器４３０が、４つのエンタングルした光子を出力するよう構造的に構成される場合、各光ファイバリンク４６０のコア長さは、２倍（例えば２Ｌ、２Ｌ’、２Ｌ’’等）となり得る。例えば各光ファイバリンク４６０は、約５ｋｍ、１０ｋｍ、２０ｋｍ、４０ｋｍ又はそれ以上となり得る。

【0066】

図５に示すように、エンタングルド光子生成器４３０は、２つのパラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂ（これらはそれぞれ、１ペアのエンタングルした光子を出力するよう構成される）、エンタングルメント光学素子４７０、経路スプリッタ４７５、及びエンタングルメント検出器４７２を備えてよい。いくつかの実施形態では、エンタングルメント光学素子４７０は、第１のパラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ及びエンタングルメント検出器４７２に光学的に連結されてこれらの間に延在する、第１のエンタングリング経路４７１ａと、第２のパラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ｂ及び経路スプリッタ４７５に光学的に連結されてこれらの間に延在する、第２のエンタングリング経路４７１ｂとを備える。追加のパラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０を備える実施形態では、追加のエンタングリング経路４７１が考えられる。いくつかの実施形態では、エンタングルメント光学素子４７０は更にビームスプリッタ４７３を備え、これは、各エンタングリング経路４７１ａ、４７１ｂがビームスプリッタ４７３を横断するように位置決めされる。動作時、エンタングルメント光学素子４７０は、複数の光子がビームスプリッタ４７３を同時に横断する際に、上記複数の光子をエンタングルさせるよう、構造的に構成される。例えば、パラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂが出力したエンタングルした光子の各ペアが、ビームスプリッタ４７３を同時に横断する場合、４つの光子全てが互いとエンタングルする。

【0067】

更にエンタングルメント光学素子４７０は、パラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂのそれぞれが出力したエンタングルした光子の一部又は全てが、エンタングルメント検出器４７２及び／又は経路スプリッタ４７５によって受信されるように、構成される。例えば、エンタングルした光子の第１のペアが第１のパラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａによって出力され、エンタングルした光子の第２のペアが第２のパラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ｂによって出力され、これら２ペアのエンタングルした光子が、ビームスプリッタ４７３において互いとエンタングルする場合、少なくとも３つの結果のうちの１つが発生する蓋然性があり、上記少なくとも３つの結果は、波動関数：

【0068】

【数4】

【0069】

によって数学的に記述される。第１の結果では、エンタングルメント検出器４７２及び経路スプリッタ４７５の両方が、４つのエンタングルした光子のうちの２つを受信し、上記の波動関数においてケット｜２，２＞によって数学的に記述される。第２の結果では、エンタングルメント検出器４７２が４つのエンタングルした光子を受信し、上記の波動関数においてケット｜４，０＞又は｜４，０＞のうちの一方によって数学的に記述される。第３の結果では、経路スプリッタ４７５が４つのエンタングルした光子を受信し、上記の波動関数においてケット｜４，０＞又は｜４，０＞のうちの一方によって数学的に記述される。いくつかの実施形態では、経路スプリッタ４７５が４つのエンタングルした光子を受信する蓋然性は、約３／８である。更に、追加のパラメトリックダウンコンバージョン生成器を備える実施形態が考えられ、これにより、エンタングルした光子の追加のペア（例えばＮ個のエンタングルした光子）を、エンタングルメント光学素子４７０がエンタングルさせることができる。Ｎ個のエンタングルした光子を含む実施形態では、上記Ｎ個のエンタングルした光子がエンタングルメント検出器４７２、経路スプリッタ４７５、又はこれらの組み合わせによって受信される蓋然性は、一般化されたケット：

【0070】

【数5】

【0071】

によって数学的に記述される。

【0072】

更にいくつかの実施形態では、第１及び第２のエンタングリング経路４７１ａ、４７１ｂ両方の少なくとも一部分は、複数のマルチコア光ファイバを備えてよい。例えば、ビームスプリッタ４７３と経路スプリッタ４７５との間に延在する、第１のエンタングリング経路４７１ａの一部分、及びビームスプリッタ４７３と経路スプリッタ４７５との間に延在する、第２のエンタングリング経路４７１ｂの一部分は、それぞれ、マルチコア光ファイバを備えてよい。いくつかの実施形態では、第１及び第２のエンタングリング経路４７１ａ、４７１ｂ両方の少なくとも一部分は、１つ又は複数の光導波路を備えてよい。

【0073】

いくつかの実施形態では、経路スプリッタ４７５は、エンタングルした光子のペアを、経路スプリッタ４７５に光学的に連結された光ファイバリンク４６０内へと配向するよう、構造的に構成される。例えば、経路スプリッタ４７５が４つのエンタングルした光子を受信する場合、経路スプリッタ４７５は、上記４つのエンタングルした光子のうちの２つを、ある光ファイバリンク４６０内へと配向してよく、また経路スプリッタ４７５は、上記４つのエンタングルした光子のうちの２つを、別の光ファイバリンク４６０内へと配向してよい。更に、エンタングルド光子生成器４３０が５つ以上のエンタングルした光子を生成するよう構成された実施形態では、経路スプリッタ４７５は、上記エンタングルした光子の第１のサブセット（例えば約半分）を、ある光ファイバリンク４６０内へと配向してよく、また経路スプリッタ４７５は、上記エンタングルした光子の第２のサブセット（例えば約半分）を、別の光ファイバリンク４６０内へと配向してよい。いくつかの実施形態では、経路スプリッタ４７５は、融着した二重円錐テーパスプリッタ、平面光波回路スプリッタ等であってよい。

【0074】

いくつかの実施形態では、エンタングルメント検出器４７２は、エンタングルメント検出器４７２が受信した光子の数を測定するよう、構造的に構成され、この数は、経路スプリッタ４７５が受信した光子の数に関する情報も提供する。例えば、第１及び第２のパラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂがそれぞれ、２つのエンタングルした光子を出力し、エンタングルメント検出器４７２がエンタングルした光子を１つも受信していない場合、４つのエンタングルした光子全てを経路スプリッタ４７５が受信する。いくつかの実施形態では、エンタングルメント検出器４７２は、マルチ光子検出器であってよい。代替実施形態では、エンタングルメント検出器４７２は、単一光子検出器、例えば超伝導性ナノワイヤ単一光子検出器、低ノイズフォトダイオード等であってよい。

【0075】

いくつかの実施形態では、エンタングルド光子生成器４３０のパラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂはそれぞれ、１つ又は複数の非線形結晶に光学的に連結されたレーザ源を備えてよい。いくつかの実施形態では、パラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂがそれぞれ、単一の非線形結晶に光学的に連結された単一のレーザ源を備える場合、各パラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂは、２つのエンタングルした光子を出力してよく、従ってエンタングルド光子生成器４３０は、４つのエンタングルした光子を出力する。例えば上記レーザ源は、約６００ｎｍ〜約１０００ｎｍ（例えば７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ等）の波長λを備える光子を、非線形結晶中へと出力するよう構成してよく、上記非線形結晶は、２つのエンタングルした光子を生成し、これらはそれぞれ、約１２００ｎｍ〜約２０００ｎｍ（例えば１４００ｎｍ、１５５０ｎｍ、１７００ｎｍ等）の波長λを備える。

【0076】

別の実施形態では、パラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂが２つの非線形結晶に光学的に連結された単一のレーザ源を備える場合、各パラメトリックダウンコンバージョン生成器４９０ａ、４９０ｂは４つのエンタングルした光子を備えてよく、従ってエンタングルド光子生成器４３０は、８つのエンタングルした光子を出力する。例えば、上記レーザ源は、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ（例えば３５０ｎｍ、４００ｎｍ、４５０ｎｍ等）の波長λを備える光子を第１の非線形結晶中へと出力するよう構成してよく、上記第１の非線形結晶は２つのエンタングルした光子を生成し、これらはそれぞれ、約６００ｎｍ〜約１０００ｎｍ（例えば７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ等）の波長λを備える。これら２つのエンタングルした光子は続いて、第２の非線形結晶に入り、上記第２の非線形結晶は、４つのエンタングルした光子を生成し、これらはそれぞれ、約１２００ｎｍ〜約２０００ｎｍ（例えば１４００ｎｍ、１５５０ｎｍ、１７００ｎｍ等）の波長λを備える。代替実施形態では、エンタングルド光子生成器４３０は、四光波混合プロセス、又はエンタングルした光子のペアを生成するいずれの他の方法若しくはプロセスを用いて、エンタングルした光子のペアを生成するよう、構造的に構成されてよい。

【0077】

ここで図６を参照すると、信号リンクシステム５０１の非限定的な実施形態が示されている。以下で説明するように、信号リンクシステム５０１は、古典光子信号及び量子光子信号の両方のための光学経路を提供するよう、構造的に構成される。信号リンクシステム５０１は、上述の量子鍵生成システム１００、２００、３００の光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ、３２０ａ、３２０ｂのうちのいずれに位置決めしてよい。更に信号リンクシステム５０１は、古典光子信号及び量子光子信号のための光学経路を有する、いずれの公知の、又は依然として開発中の量子システム内に位置決めしてよい。

【0078】

図６に示すように、信号リンクシステム５０１は、光ファイバリンク５６０、１つ又は複数の量子信号生成器５３０、１つ又は複数の古典信号生成器５３１、１つ又は複数の量子信号受信器５４０、及び１つ又は複数の古典信号受信器５４１を備える。更に信号リンクシステム５０１は、１つ又は複数の光多重化器５０２、１つ又は複数の光逆多重化器５０４、１つ又は複数の光学エンコーダ５０６、及び１つ又は複数の光学デコーダ５０８を備えてよい。光ファイバリンク５６０は、出力端部５６３に対向する入力端部５６１、及び入力端部５６１と入力端部５６１に対向し得る出力端部５６３との間に延在する１つ又は複数のコア５６２（図７）を備える。光ファイバリンク５６０は、単一コア光ファイバリンク又はマルチコア光ファイバリンクであってよい。例えば光ファイバリンク５６０は、光ファイバリンク１６０、２６０、３６０又は４６０等の上述の光ファイバリンクのいずれであってよい。

【0079】

ここでもまた図６を参照すると、１つ又は複数の量子信号生成器５３０は、エンタングルした又はエンタングルしていない光子を含んでよい量子光子信号を生成するよう、構造的に構成される。図６には１つの量子信号生成器５３０が示されているが、いずれの個数の量子信号生成器５３０が考えられ、従って複数の量子光子信号が、例えば同時に、光ファイバリンク５６０を横断してよいことを理解されたい。更に、１つ又は複数の量子信号生成器５３０はそれぞれ、量子光子信号を生成するよう構成されてよく、従って、単一の量子信号生成器５３０によって複数の量子光子信号を生成できる。１つ又は複数の量子信号生成器５３０は、非線形結晶に光学的に連結されてよいレーザ源を含む。量子信号生成器５３０がエンタングルした光子を生成する実施形態では、量子信号生成器５３０は、パラメトリックダウンコンバージョンプロセス、四光波混合プロセス、又はエンタングルした光子のペアを生成するいずれの他の方法若しくはプロセスを用いて、エンタングルした光子を生成してよい。更に量子信号生成器５３０は、いずれの波長λ_ｑ、例えば約８００ｎｍ〜約１８００ｎｍ（約１４９５ｎｍ、約１５５０ｎｍ等）の波長λ_ｑを有する量子光子信号を生成するよう、構造的に構成されてよい。

【0080】

更に、信号リンクシステム５０１が、量子鍵生成システム１００、２００、３００の光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ、３２０ａ、３２０ｂのうちのいずれに位置決めされる実施形態では、１つ又は複数の量子信号生成器５３０は、図１〜５に関連して上述したエンタングルド光子生成器又は量子リピータのいずれを備えてよい。例えば、１つ又は複数の量子信号生成器５３０は、量子リピータ、例えば光子エンタングルメント鎖１２０ａ、１２０ｂの量子リピータ１４０ａ、１４０ｂ（図１）、又は１つ若しくは複数の光子を出力するよう構造的に構成されたいずれの量子リピータを備えてよい。更に１つ又は複数の量子信号生成器５３０は、始点エンタングルド光子生成器、例えば、始点エンタングルド光子生成器２３０ａ、２３０ｂ（図２）のうちのいずれを備えてよい。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の量子信号生成器５３０はまた、中間エンタングルド光子生成器、例えば、中間エンタングルド光子生成器２３２ａ、２３２ｂ、２３４ａ、２３４ｂ、３３２ａ、３３２ｂ、３３４ａ、３３４ｂ（図２及び３）のうちのいずれを備えてよい。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の量子信号生成器５３０は、エンタングルド光子生成器４３０（図５）を備えてよい。

【0081】

１つ又は複数の量子信号受信器５４０は、１つ又は複数の量子信号生成器５３０が生成した量子光子信号を受信するよう構造的に構成された、いずれの光子受信器を備えてよい。図６には１つの量子信号受信器５４０が示されているが、いずれの個数の量子信号受信器５４０が考えられることを理解されたい。１つの非限定的な例として、１つ又は複数の量子信号受信器５４０は、図１〜５に関連して上述した量子リピータ、量子メモリ及び光子検出器のうちの１つ又は複数を備えてよい。１つの非限定的な例として、１つ又は複数の量子信号受信器５４０は、量子リピータ１４０ａ、１４０ｂ、第１及び第２の終端量子メモリ１５４ａ、１５４ｂ、１５６ａ、１５６ｂ、及び光子検出器ユニット１１０、１１２（図１）のうちのいずれを備えてよい。別の非限定的な例として、１つ又は複数の量子信号受信器５４０は、光子検出器ユニット２１０、２１２、第１及び第２の中間量子リピータ２４０ａ、２４０ｂ、２４２ａ、２４２ｂ、並びに第１及び第２の終端量子メモリ２５４ａ、２５４ｂ、２５６ａ、２５６ｂ（図２）のうちのいずれを備えてよい。更に、別の非限定的な例として、１つ又は複数の量子信号受信器５４０は、光子検出器ユニット３１０、３１２、始点量子リピータ３４０ａ、３４０ｂ、並びに第１及び第２の終端量子メモリ３５４ａ、３５４ｂ、３５６ａ、３５６ｂ（図３）のうちのいずれを備えてよい。

【0082】

ここでもまた図６を参照すると、１つ又は複数の古典信号生成器５３１は、量子光子信号より高い光強度を有する光子信号である、古典光子信号を生成するよう構造的に構成される。動作時、量子効果は小さすぎて上記古典光子信号の伝播及び検出は実施できないが、量子光子信号の伝播及び検出は実施できる。図６には１つの古典信号生成器５３１が図示されているが、いずれの個数の古典信号生成器５３１が考えられ、従って複数の古典光子信号が光ファイバリンク５６０を、例えば同時に、横断できる。更に、１つ又は複数の古典信号生成器５３１はそれぞれ、複数の古典光子信号を生成するよう構成されてよく、これにより、単一の古典信号生成器５３１によって複数の古典光子信号を生成できる。

【0083】

１つ又は複数の古典信号生成器５３１は、いずれの公知の、又は依然として開発中の、レーザ源又は他の光子生成デバイスを備えてよい。１つ又は複数の古典信号生成器５３１は、いずれの波長λ_ｃ、例えば約８００ｎｍ〜約１８００ｎｍ（約１４９５ｎｍ、約１５５０ｎｍ等）の波長λ_ｃを有する古典光子信号を生成するよう、構造的に構成されてよい。動作時、１つ又は複数の古典信号生成器５３１は、１つ又は複数の量子信号生成器５３０が生成する波長λ_ｑより高いλ_ｃを有する古典光子信号を生成してよい。更に１つ又は複数の古典信号受信器５４１は、１つ又は複数の古典信号生成器５３１が生成する上記古典光子信号を受信するよう、構造的に構成される。例えば１つ又は複数の古典信号受信器５４１は、光信号を受信するよう構造的に構成されたいずれの電子デバイス、例えばいずれの公知の、又は依然として開発中の光信号受信器を備えてよい。

【0084】

ここで図６及び７を参照すると、光ファイバリンク５６０は、ガラス、ファイバガラス、プラスチック、ポリマー又はいずれの他の導波材料を含んでよい。例えば、光ファイバリンク５６０は、シリカガラス、ドープシリカガラス、例えばＧｅドープシリカガラス等を含んでよい。非限定的な例として、光ファイバリンク５６０は、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｖａｓｃａｄｅ（登録商標）ＥＸ２０００光ファイバ、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｖａｓｃａｄｅ ＥＸ３０００光ファイバ、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｖａｓｃａｄｅ ＬＥＡＦ（登録商標）光ファイバ、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＳＭＦ‐２８（登録商標）Ｕｌｔｒａ光ファイバ、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＳＭＦ‐２８ ＵＬＬ光ファイバを含んでよい。更に光ファイバリンク５６０は、光ファイバリンク５６０を横断する光信号が、約１ｄＢ／ｋｍ以下、例えば、０．５ｄＢ／ｋｍ、０．２５ｄＢ／ｋｍ、０．２ｄＢ／ｋｍ、０．１７ｄＢ／ｋｍ、０．１６５ｄＢ／ｋｍ、０．１６ｄＢ／ｋｍ、０．１５ｄＢ／ｋｍ、０．１ｄＢ／ｋｍ、０．０５ｄＢ／ｋｍ、０．０１ｄＢ／ｋｍ又はそれ以下の光減衰率で減衰するよう、構造的に構成されてよい。光減衰を低下させることにより、光ファイバリンク５６０の長さを増大させることができる。

【0085】

図７に示すように、光ファイバリンク５６０は、１つ又は複数のコア５６２、例えば、第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂを備える。光ファイバリンク５６０はまた、図７に示すように、１つ又は複数のコア５６２を取り囲む、例えば第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂの両方を取り囲む、クラッド５６５を含む。２つのコア５６２ａ、５６２ｂが図示されているが、いずれの数のコア５６２、例えば単一のコア５６２又は３つ以上のコア５６２、例えば４つのコア５６２、７つのコア５６２、８つのコア５６２、１２個のコア５６２、１９個のコア５６２等が考えられることを理解されたい。更にいくつかの実施形態では、光ファイバリンク５６０は、図４に関連して上述したようなスパンマルチコア光ファイバを備えてよい。

【0086】

１つの非限定的な例として、光ファイバリンク５６０の第１のコア５６２ａは、光ファイバリンク５６０の入力端部５６１において１つ又は複数の量子信号生成器５３０のうちの少なくとも１つに光学的に連結されてよく、また光ファイバリンク５６０の出力端部５６３において１つ又は複数の量子信号受信器５４０のうちの少なくとも１つに光学的に連結されてよい。更に、光ファイバリンク５６０の第２のコア５６２ｂは、光ファイバリンク５６０の入力端部５６１において１つ又は複数の古典信号生成器５３１のうちの少なくとも１つに光学的に連結されてよく、また光ファイバリンク５６０の出力端部５６３において１つ又は複数の古典信号受信器５４１のうちの少なくとも１つに光学的に連結されてよい。動作時、第１のコア５６２ａは、入力端部５６１と出力端部５６３との間で光ファイバリンク５６０を横断する１つ又は複数の量子光子信号のための光学経路を提供してよく、また第２のコア５６２ｂは、入力端部５６１と出力端部５６３との間で光ファイバリンク５６０を横断する古典光子信号のための光学経路を提供してよい。

【0087】

いくつかの実施形態では、光ファイバリンク５６０が２つ以上のコア５６２を備える場合、量子チャネルとして使用されるコア５６２（例えば１つ又は複数の量子信号生成器５３０に光学的に連結されたコア）の数と、古典チャネルとして使用されるコア５６２（例えば１つ又は複数の古典信号生成器５３１に光学的に連結されたコア）の数との比は、１：１、１：２、１：４、１：６、１：８等であってよい。いずれの数のコア５６２を量子チャネルとして使用してよく、またいずれの数のコア５６２を古典チャネルとして使用してよいことを理解されたい。あるいは、１つ又は複数の量子信号生成器５３０及び１つ又は複数の古典信号生成器５３１は、同一のコア、例えば第１のコア５６２ａ又は第２のコア５６２ｂに光学的に連結されてよく、従って量子光子信号及び古典光子信号は、同一のコア５６２を横断する。

【0088】

動作時、光ファイバリンク５６０を横断する古典光子信号と量子光子信号との間の自発ラマン散乱（ＳｐＲＳ）及びクロストーク（例えば線形空間クロストーク）を低減することにより、光ファイバリンク５６０を横断する量子光子信号の光減衰を低減できる。また、ＳｐＲＳ及びクロストークの低減により、ＳｐＲＳ及びクロストークノイズによって引き起こされる、１つ又は複数の量子信号受信器５４０における誤った量子光子信号の検出も低減できる。更に、量子光子信号より高い光強度を有する古典光子信号が生成するＳｐＲＳノイズは、量子光子信号によってキャプチャされる場合があり、これは量子光子信号中のノイズを増大させる。ＳｐＲＳ及びクロストークを低減することで光減衰及びノイズを低減することによって、光ファイバリンク５６０の長さを増大させることができる。例えば光ファイバリンク５６０の長さは、約１０ｋｍ〜約１０００ｋｍ、例えば５０ｋｍ、７０ｋｍ、８０ｋｍ、９０ｋｍ、１００ｋｍ、２００ｋｍ、３００ｋｍ、４００ｋｍ、５００ｋｍ、６００ｋｍ、７００ｋｍ、８００ｋｍ、９００ｋｍ等であってよい。更に、本明細書に記載の実施形態により、遠距離通信波長（例えば約１５５０ｎｍ）を備える１つ又は複数の量子光子信号及び１つ又は複数の古典光子信号に、約１００Ｇｂ／ｓ以上のビットレートで、７０ｋｍ超、例えば１００ｋｍのファイバ長さに亘って、光ファイバリンク５６０を同時に横断させることができる。

【0089】

上述の非限定的な例において言明したように、第１のコア５６２ａは量子光子信号のための光学経路を提供でき、第２のコア５６２ｂは古典光子信号のための光学経路を提供できる。第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂは、第１のコア５６２ａを横断する量子光子信号と第２のコア５６２ｂを横断する古典光子信号との間のＳｐＲＳ及びクロストークを低減するために、類似していないコア設計を備えてよい。例えば第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂは、異なるコアデルタ及び／又は異なるコア半径を備えてよく、これらはそれぞれ、第１のコア５６２ａと第２のコア５６２ｂとの間の位相マッチング条件を削減又は排除することによって、第１のコア５６２ａと第２のコア５６２ｂとの間のモードカップリング作用を低減して、クロストークを低減できる。例えば、第１のコア５６２ａと第２のコア５６２ｂとの間のコアデルタは、約０．０００１〜約０．００１の間、例えば約０．０００３、０．０００５、０．０００７、０．０００９等であってよい。更に、第１のコア５６２ａは第１のコア半径を備えてよく、上記第２のコアは第２のコア半径を備えてよく、上記第１のコア半径は上記第２のコアと異なっていてよい。

【0090】

更に、第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂの屈折率プロファイルの設計により、光ファイバリンク５６０を横断する量子光子信号と古典光子信号との間のＳｐＲＳ及びクロストークを低減できる。例えば、第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂのうちの一方又は両方は、（例えば以下で説明する１つ又は複数のトレンチリング５６７を用いて）トレンチ型屈折率プロファイル、段階的屈折率プロファイル、傾斜した屈折率プロファイル、放物線的な屈折率プロファイル、三角形の屈折率プロファイル等を備えてよい。更に、第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂは、異なる有効屈折率を備えてよく、これもまた、これらの間のクロストークを低減できる。第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂの有効屈折率は、約０．０００１〜約０．００１、例えば約０．０００３、０．０００５、０．０００７、０．０００９等だけ異なっていてよい。例えば、第１のコア５６２ａは第１の有効屈折率を備えてよく、第２のコア５６２ｂは第２の有効屈折率を備えてよく、上記第１の有効屈折率は、上記第２の有効屈折率と異なっていてよい。更に、光ファイバリンク５６０の材料は、光ファイバリンク５６０を横断する古典及び量子光子信号のＳｐＲＳ及びクロストークを変化させることができる。純シリカを含む例示的な光ファイバリンク５６０は、Ｇｅドープシリカを含む別の例示的な光ファイバリンク５６０よりも約１０％小さい、光ファイバリンク５６０を横断する量子光子信号と古典光子信号との間のＳｐＲＳを発生させ得る。

【0091】

動作時、第１のコア５６２ａと第２のコア５６２ｂとの間のクロストークは、各コア５６２ａ、５６２ｂの屈折率プロファイル設計、コア間隔（例えば各コア５６２ａ、５６２ｂ間の距離）、相関長さ、及び伝播距離（例えば光ファイバリンク５６０の長さ）に左右され得る。例えば、第１のコア５６２ａと第２のコア５６２ｂとの間のクロストークは、式：Ｘ＝２κ^２ＬＬ_Ｃによって数学的に表現でき、ここでＸはクロストークであり、κはカップリング計数であり、Ｌ_Ｃは相関長さであり、Ｌは光ファイバリンク５６０の長さである。いくつかの実施形態では、光ファイバリンク５６０は、約‐２０ｄＢ未満、例えば約‐３０ｄＢ未満のクロストークＸを備えてよい。クロストークを低減することにより、量子光子信号を減衰させることなく、追加の古典光子信号が光ファイバリンク５６０を横断できる。光ファイバリンク５６０の１つの非限定的な例として、上記相関長さが１０ｍｍである場合、ファイバ長さは１００ｋｍであり、コア間隔は４５μｍ超であり、有効面積は８０μｍ^２であり^、光ファイバリンク５６０は段階的屈折率プロファイル設計を有し、上記クロストークは、１００ｋｍの信号伝播の後において約‐３０ｄＢ未満となり得る。この例示的な光ファイバリンク５６０のコア間隔は、この例示的な光ファイバリンク５６０がトレンチ型プロファイル設計を備える場合、クロストークを増大させることなく、約３７μｍまで低減できる。更に上記コア間隔は、光ファイバリンク５６０の有効面積が増大した場合にも低減できる。

【0092】

更に、図７に示すように、光ファイバリンク５６０はまた、１つ又は複数のトレンチリング５６７を含んでよく、これはクラッド５６５の屈折率とは異なる屈折率を備える。トレンチリング５６７は、クラッド５６５内に位置決めしてよく、また光ファイバリンク５６０の入力端部５６１と出力端部５６３との間に延在してよい。更に、個々のトレンチリング５６７はそれぞれ、個々のコア５６２を内包してよく、例えば、第１のトレンチリング５６７ａは第１のコア５６２ａを内包してよく、また第２のトレンチリング５６７ｂは第２のコア５６２ｂを内包してよい。動作時、１つ又は複数のトレンチリング５６７は、光ファイバリンク５６０を横断する量子光子信号と古典光子信号との間のクロストークを低減できる。更にトレンチリング５６７は、第１のコア５６２ａを横断する量子光子信号が生成する電場と、第２のコア５６２ｂを横断する古典光子信号が生成する電場との間の重複を低減することによって、クラッド５６５内の電力を削減でき、これにより、クロストークを増大させることなく、第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂをより近接して位置決めできる。例えば、１つ又は複数のトレンチリング５６７によって、第１のコア５６２ａ、第２のコア５６２ｂ又はこれら両方を内包することにより、第１のコア５６２ａと第２のコア５６２ｂとの間のコア間隔を、クロストークを増大させることなく低減できる。

【0093】

再び図６を参照すると、１つ又は複数の光多重化器５０２及び１つ又は複数の光逆多重化器５０４は、信号リンクシステム５０１内に位置決めしてよく、これを用いて古典光子信号及び量子光子信号を多重化することにより、光ファイバリンク５６０を横断する古典光子信号と量子光子信号との間のＳｐＲＳを低減できる。更に、１つ又は複数の光学エンコーダ５０６及び１つ又は複数の光学デコーダ５０８はまた、信号リンクシステム５０１内に位置決めしてよく、これを用いて古典光子信号及び量子光子信号をエンコード及びデコードでき、これによっても、古典光子信号と量子光子信号との間のＳｐＲＳを低減できる。

【0094】

図６に示すように、１つ又は複数の光多重化器５０２は、光ファイバリンク５６０の入力端部５６１の、光ファイバリンク５６０の１つ又は複数のコア５６２と、１つ又は複数の量子信号生成器５３０及び１つ又は複数の古典信号生成器５３１のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結されてよい。図６には１つの光多重化器５０２が図示されているが、いずれの個数の光多重化器５０２が考えられることを理解されたい。１つ又は複数の光多重化器５０２はそれぞれ、光信号、例えば量子光子信号及び古典光子信号を多重化するよう構成された、いずれの公知の、又は依然として開発中の多重化器であってよい。例えば１つ又は複数の光多重化器５０２は、波長分割多重化器、極性分割多重化器、時分割多重化器、周波数分割多重化器等のうちの１つ又は複数であってよい。

【0095】

更に、１つ又は複数の光多重化器５０２はそれぞれ、複数の多重化操作、例えば波長分割多重化、極性分割多重化、時分割多重化、周波数分割多重化又はこれらの組み合わせを実施するよう構成してよい。動作時、量子光子信号及び古典光子信号の多重化は、量子光子信号及び古典光子信号が光ファイバリンク５６０を横断する際の量子光子信号と古典光子信号との間のクロストーク及びＳｐＲＳを低減でき、量子光子信号及び古典光子信号に、光ファイバリンク５６０の同一のコア５６２を同時に横断させることができる。

【0096】

１つの非限定的な例として、波長分割多重化を用いて、複数の量子及び／又は古典光子信号を単一のコア５６２上に、例えば同時に収容できる。各量子光子信号を波長分割多重化でき、これにより、上記光ファイバリンクを横断する量子及び／又は古典光子信号間の波長間隔は、約１ｎｍ〜約１０ｎｍ、例えば、２ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、８ｎｍ等となる。量子及び／又は古典光子信号間の波長間隔は、量子光子信号と古典光子信号との間、個々の量子光子信号間、及び／又は個々の古典光子信号間のクロストークを低減できる。別の例では、周波数分割多重化を用いて、複数の量子及び／又は古典光子信号を単一のコア５６２上に、例えば同時に収容でき、これにより、各量子及び／又は古典光子信号は、異なる周波数帯域を備える。更に、時分割多重化を用いて、複数の量子及び／又は古典光子信号を単一のコア５６２上に収容でき、これにより、各量子及び／又は古典光子信号は、ある時間差パターンで、光ファイバリンク５６０を横断する。時分割多重化により、より多くの数の古典光子信号及び量子光子信号に、ＳｐＲＳ及びクロストークを増大させることなく、光ファイバリンク５６０を横断させることができる。

【0097】

更に、１つ又は複数の光多重化器５０２はまた、単一のコア５６２上の複数の量子及び／又は古典光子信号を、例えば同時に極性分割多重化してよく、これにより、各量子及び／又は古典光子信号は異なる極性状態を備える。例えば１つ又は複数の光多重化器５０２は、あるコヒーレント変調フォーマット、例えば変調プロセスにおいて光子信号（例えば、古典光子信号）の位相情報を使用する変調フォーマットを用いて、古典光子信号を極性多重化してよい。例示的なコヒーレント変調フォーマットとしては、１６信号点ベース極性多重化直交振幅変調（ＰＭ‐１６ＱＡＭ）コヒーレント変調フォーマット、８信号点ベース極性多重化直交振幅変調（ＰＭ‐８ＱＡＭ）コヒーレント変調フォーマット、４信号点ベース極性多重化位相変移キーイング（ＰＭ‐ＱＰＳＫ）コヒーレント変調フォーマット、２信号点ベース極性多重化位相変移キーイング（ＰＭ‐ＢＰＳＫ）コヒーレント変調フォーマット、極性切替位相変移キーイング（ＰＳ‐ＱＰＳＫ）コヒーレント変調フォーマット、又はいずれの公知の若しくは依然として開発中のコヒーレント変調フォーマット、又は極性多重化のための他の変調フォーマットが挙げられる。更にいくつかの実施形態では、古典光子信号を、１つ若しくは複数の多重化器５０２に光学的に連結された変調器を用いて変調してよく、又は上述のように、１つ又は複数の多重化器が古典光子信号を変調及び多重化してよい。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の光多重化器５０２は、波長分割多重化、時分割多重化、周波数分割多重化又はこれらの組み合わせを用いて、量子光子信号及び古典光子信号を多重化してよく、また例えば上述のコヒーレント変調フォーマットを用いて、古典光子信号を極性分割多重化してよい。

【0098】

動作時、複数の古典光子信号よりも単一の古典光子信号によっての方が、生成されるＳｐＲＳは小さいが、ＰＭ‐１６ＱＡＭによって引き起こされる光信号対ノイズ比（ＯＳＮＲ）に関する不利益（例えばノイズの増大）が、ＳｐＲＳの低下という利益を上回る場合がある。従ってＰＭ‐１６ＱＡＭコヒーレント変調フォーマットは、単一の古典光子信号が１つ又は複数の光多重化器５０２を横断する場合に好ましいものとなり得、またＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマットは、２つ以上の古典光子信号が１つ又は複数の光多重化器５０２を横断する場合に好ましいものとなり得る。更に、ＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマット及びＰＭ‐ＢＰＳＫコヒーレント変調フォーマットは、同一の信号容量並びに同一のノイズ生成（例えばＯＳＮＲ及びＳｐＲＳの両方によって生成されるノイズ）を有し得、ＰＭ‐ＢＰＳＫコヒーレント変調フォーマットは、ＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマットの２倍の数の光子信号を促進し得る。従ってＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマットは、約１〜約２個の古典光子信号が光多重化器５０２を横断する場合に好ましいものとなり得、またＰＭ‐ＢＰＳＫコヒーレント変調フォーマットは、より多数の古典光子信号、例えば約２〜約４個以上の古典光子信号が光多重化器５０２を横断する場合に好ましいものとなり得る。

【0099】

図６に示すように、１つ又は複数の光逆多重化器５０４は、光ファイバリンク５６０の出力端部５６３の、光ファイバリンク５６０の少なくとも１つのコア５６２と、１つ又は複数の量子信号受信器５４０及び１つ又は複数の古典信号受信器５４１のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結されてよい。１つ又は複数の光逆多重化器５０４は、光信号を逆多重化するよう構成された、いずれの公知の、又は依然として開発中の逆多重化器であってよい。光逆多重化器５０４は、波長分割逆多重化器、極性分割逆多重化器、時分割逆多重化器、周波数分割逆多重化器等であってよい。更に光逆多重化器５０４は、量子光子信号及び古典光子信号を極性逆多重化して復調する、例えばＰＭ‐１６ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐８ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＢＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、ＰＳ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、又は極性逆多重化のためのいずれの公知の若しくは依然として開発中のコヒーレント変調フォーマットを復調するよう、構造的に構成されてよい。更にいくつかの実施形態では、古典光子信号は、１つ又は複数の逆多重化器５０４に光学的に連結された復調器を用いて復調してよく、又は上述のように、１つ又は複数の逆多重化器５０４が古典光子信号を復調及び逆多重化してよい。

【0100】

動作時、多重化された量子光子信号及び古典光子信号を、光ファイバリンク５６０の１つ又は複数のコア５６２から受信するとすぐに、１つ又は複数の光逆多重化器５０４は、多重化された量子光子信号及び古典光子信号を逆多重化して、量子光子信号及び古典光子信号の両方を出力できる。量子光子信号及び古典光子信号の逆多重化後、１つ又は複数の光逆多重化器５０４は、１つ又は複数の光ファイバ、光導波路等に沿って、量子光子信号を量子信号受信器５４０に出力でき、また古典光子信号を古典信号受信器５４１に向けて出力できる。

【0101】

再び図６を参照すると、１つ又は複数の光学エンコーダ５０６は、光ファイバリンク５６０の入力端部５６１の、光ファイバリンク５６０の１つ又は複数のコア５６２と、１つ又は複数の量子信号生成器５３０及び１つ又は複数の古典信号生成器５３１のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結されてよい。更に、１つ又は複数の光学エンコーダ５０６は、例えば図６に示すように、１つ又は複数の光多重化器５０２と、１つ又は複数の量子信号生成器５３０及び１つ又は複数の古典信号生成器５３１のそれぞれとの間に位置決めされた、あるいは１つ又は複数の光多重化器５０２と光ファイバリンク５６０の入力端部５６１との間に位置決めされた、１つ又は複数の光多重化器５０２に、光学的に連結してもよい。

【0102】

１つ又は複数の光学エンコーダ５０６は、硬判定前方エラー訂正（ＦＥＣ）、軟判定ＦＥＣ、極性エンコーディング、位相弁別、時間ビニング等を用いて量子光子信号及び古典光子信号をエンコードするよう構造的に構成された、集積回路、干渉計等の１つ又は複数の電子デバイスを備えてよい。特に、量子光子信号は、極性エンコーディング、位相弁別、時間ビニング、又はＳａｎｇｏｕａｒｄ ｅｔ． ａｌ．，“Ｑｕａｎｔｕｍ ｒｅｐｅａｔｅｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｔｏｍｉｃ ｅｎｓｅｍｂｌｅｓ ａｎｄ ｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃｓ，” Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ． ８３、２０１１、ｐｇｓ ３４‐７３に記載されているようないずれの他の若しくは依然として開発中の量子エンコーディング方法を用いてエンコードしてよい。更に、古典光子信号は、硬判定ＦＥＣ及び／又は軟判定ＦＥＣを用いてエンコードしてよい。ＦＥＣを用いて古典光子信号をエンコードすることにより、古典光子信号の信号強度を低減でき、これにより、古典光子信号と量子光子信号との間のＳｐＲＳ及びクロストークが低減され、光ファイバリンク５６０の長さを増大させることができる。更に、光多重化器５０２が量子光子チャネル及び古典光子チャネルを極性多重化するよう構造的に構成される実施形態では、１つ又は複数の光学エンコーダ５０６は、量子光子チャネルに対して時間ビニングを実施することによって、量子光子信号をエンコードしてよい。量子光子信号に対する時間ビニングの実施は、量子光子信号の極性状態を変化させず、量子光子信号の極性多重化を可能とする。

【0103】

図６に示すように、１つ又は複数の光学デコーダ５０８は、光ファイバリンク５６０の出力端部５６３の、光ファイバリンク５６０の１つ又は複数のコア５６２と、量子信号受信器５４０及び古典信号受信器５４１のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結されてよい。更に１つ又は複数の光学デコーダ５０８はまた、１つ又は複数の光逆多重化器５０４に光学的に連結されてよく、この１つ又は複数の光逆多重化器５０４は例えば、図６に示すように１つ又は複数の光逆多重化器５０４と、１つ又は複数の量子信号受信器５４０及び１つ又は複数の古典信号受信器５４１それぞれとの間に位置決めされた、あるいは光ファイバリンク５６０の出力端部５６３の１つ又は複数の光逆多重化器５０４の間に位置決めされる。光学デコーダ５０８は、硬判定ＦＥＣ、軟判定ＦＥＣ、極性デコーディング、位相弁別、時間ビニング等を用いて光学エンコーダ５０６によってエンコードされた量子光子信号及び古典光子信号をデコードするよう構造的に構成された、いずれの電子デバイスを備えてよい。

【0104】

動作時、上述の１つ又は複数の光多重化器５０２及び１つ又は複数の光逆多重化器５０４の極性多重化及び逆多重化コヒーレント変調フォーマットを、単独で、又は１つ若しくは複数の光学エンコーダ５０６及び１つ若しくは複数の光学デコーダ５０８の光学エンコード及びデコードプロセスと組み合わせて使用して、光ファイバリンク５６０を横断する量子光子信号と古典光子信号との間のＳｐＲＳを低減してよい。例えば古典光子信号に関して、１つ又は複数の光多重化器５０２及び１つ又は複数の光逆多重化器５０４のＰＭ‐１６ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐８ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＢＰＳＫコヒーレント変調フォーマット又はＰＳ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマットを、硬又は軟判定ＦＥＣと組み合わせて使用してよく、これは、約‐４０ｄＢ超、例えば約‐４０ｄＢ〜約‐８０ｄＢ、例えば‐４５ｄＢ、‐５０ｄＢ、‐５５ｄＢ、‐６０ｄＢ、‐６４ｄＢ、‐７０ｄＢ、‐７５ｄＢ等の、光ファイバリンク５６０を横断する量子光子信号と古典光子信号との間の分離を提供できる。この分離の上昇により、量子光子信号と古典光子信号との間のＳｐＲＳ及びクロストークを低減でき、より長い光ファイバリンク５６０を信号リンクシステム５０１で使用できるようになる。

【0105】

更に、極性多重化をＦＥＣプロセスと組み合わせて説明したが、ＦＥＣプロセスを上述の多重化方法のいずれと共に使用して、光ファイバリンク５６０を横断する古典光子信号と量子光子信号との間のＳｐＲＳを低減してよいことを理解されたい。例えば波長分割多重化、周波数分割多重化、及び時分割多重化を、光学エンコーダ５０６及び光学デコーダ５０８のＦＥＣプロセスと組み合わせて使用してよい。

【0106】

再び図７を参照すると、１つ又は複数の光多重化器５０２及び１つ又は複数の光逆多重化器５０４を、単一のコア５６２に光学的に連結されるものとして上で説明したが、他の実施形態では、１つ又は複数の光多重化器５０２及び１つ又は複数の光逆多重化器５０４は、複数のコア、例えば第１のコア５６２ａ及び第２のコア５６２ｂの両方に光学的に連結される。例えば、１つ又は複数の光多重化器５０２のうちの少なくとも１つを、第１のコア５６２ａに光学的に連結してよく、これにより、量子信号生成器５３０が生成し、１つ又は複数の光多重化器５０２を用いて古典光子信号と多重化された量子信号が、第１のコア５６２ａを横断する。更に、光多重化器５０２のうちの少なくとも１つを、第２のコア５６２ｂに光学的に連結してよく、これにより、古典信号生成器５３１が生成し、例えば１つ又は複数の光多重化器５０２のうちの少なくとも１つを用いて量子光子信号と多重化された古典光子信号が、第２のコア５６２ｂを横断する。

【0107】

再び図６及び７を参照すると、量子光子信号及び古典光子信号を多重化及び逆多重化する、ある方法が考察されている。以下ではある特定の順序で説明されるが、他の順序も考えられることを理解されたい。上記方法は：１つ又は複数の量子信号生成器５３０から量子光子信号を放出するステップ；並びに１つ又は複数の古典信号生成器５３１から、上記量子光子信号より高い光強度を有する古典光子信号を放出することによって、上記古典光子信号及び上記量子光子信号が光多重化器５０２を照射するステップを含んでよい。いくつかの実施形態では、１つ又は複数の光多重化器５０２を照射する前に、上記量子光子信号を、例えば極性エンコーディング、位相弁別、時間ビニング等を用いて、１つ又は複数の光学エンコーダ５０６によってエンコードしてよく、また上記古典光子信号を、例えば硬判定ＦＥＣ、軟判定ＦＥＣ等を用いて、１つ又は複数の光学エンコーダ５０６によってエンコードしてよい。１つ又は複数の光多重化器５０２が上記古典光子信号及び上記量子光子信号を受信するとすぐに、１つ又は複数の光多重化器５０２は、例えば波長分割多重化、時分割多重化、周波数分割多重化又はこれらの組み合わせを用いて、上記古典光子信号及び上記量子光子信号を多重化する。更に上記古典光子信号の受信後すぐに、１つ又は複数の光多重化器５０２は、例えばＰＭ‐１６ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐８ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＢＰＳＫコヒーレント変調フォーマット又はＰＳ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマットを用いて、上記古典光子信号を極性多重化する。

【0108】

次に、１つ又は複数の光多重化器５０２は、多重化された上記古典光子信号及び多重化された上記量子光子信号を出力し、これらはそれぞれ、光ファイバリンク５６０の入力端部５６１において、光ファイバリンク５６０の１つ又は複数のコア５６２に入り、これにより、上記多重化された古典光子信号及び量子光子信号は、入力端部５６１から出力端部５６３へと光ファイバリンク５６０のコア５６２を横断して、光逆多重化器５０４を照射する。上記多重化された古典光子信号及び量子光子信号を受信するとすぐに、１つ又は複数の光逆多重化器５０８は、上記多重化された量子光子信号及び上記多重化された古典光子信号を逆多重化し、上記量子光子信号を量子信号受信器５４０へと出力し、上記古典光子信号を古典信号受信器５４１へと出力する。いくつかの実施形態では、量子信号受信器５４０及び古典信号受信器５４１に到達する前に、上記古典光子信号及び上記量子光子信号を、１つ又は複数の光学デコーダ５０８でデコードしてよい。

【0109】

本発明の技術を説明及び定義する目的のために、本明細書における、ある変数があるパラメータ又は別の変数の「関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）」である、という言及は、該変数が、挙げられたパラメータ又は変数のみの関数であることを表すことを意図したものではないことに留意されたい。寧ろ、挙げられているパラメータの「関数」である変数に関する本明細書における言及は、非制限的なものであることを意図したものであり、従って該変数は、単一のパラメータ又は複数のパラメータの関数であってよい。

【0110】

また、本明細書における「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」構成要素、要素等という記述は、代わりに冠詞「ａ」又は「ａｎ」が使用されるのは、該構成要素、要素等が単一である場合に限定されている、という推定を生み出すために使用されているのではないことにも留意されたい。

【0111】

本開示のある構成要素が、ある特定の特性を具現化するために、又はある特定の様式で機能するために、ある特定の方法で「構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ）」される、という本明細書中の記述は、構造に関する記述であり、意図した目的に関する記述ではないことに留意されたい。より具体的には、本明細書における、あるコンポーネントが「構成」される様式に関する言及は、該コンポーネントの既存の物理的状態を指すものであり、従って該コンポーネントの構造的特徴の明確な記述として解釈されるべきものである。

【0112】

本発明の技術を説明及び定義する目的のために、用語「略（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」及び「約（ａｂｏｕｔ）」は、本明細書では、いずれの量的比較、値、測定値又は他の表現に帰属し得る固有の程度の不確定性を表すために使用されていることに留意されたい。用語「略」及び「約」はまた、本明細書では、ある量的表現が、問題となる主題の基本的な機能の変化をもたらすことなく、ある言明された基準から変動できる程度を表すために使用されている。

【0113】

本開示の主題を、詳細に、かつその具体的実施形態を参照して説明してきたが、本明細書において開示されている様々な詳細は、これらの詳細が、本明細書に記載の様々な実施形態の必須の構成要素である要素に関連することを暗示するものと解釈するべきものではないことに留意されたく、これは、ある特定の要素が本説明に添付の各図面に図示されている場合にさえ当てはまる。更に、添付の請求項において定義された実施形態を含むがこれらに限定されない本開示の範囲から逸脱することなく、修正及び変形を行うことができることは、明らかである。より具体的には、本開示のいくつかの態様は、本明細書において、好ましいもの又は特に有利なものとして識別されているが、本開示は必ずしもこれらの態様に限定されないと考えられる。

【0114】

以下の請求項のうちの１つ又は複数が、移行句として用語「ここで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」を使用することに留意されたい。本発明の技術を定義する目的で、この用語は、請求項中に、構造の一連の特徴の列挙を導入するために使用される非制限的な句として導入されており、またより一般的に使用される非制限的な前置語「…を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に解釈されるべきものであることに留意されたい。

【0115】

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

【0116】

実施形態１
２つの光子検出器ユニット、２つの光子エンタングルメント鎖、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し；
各上記光子エンタングルメント鎖は、少なくとも１つの量子リピータ、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備え；
上記第１及び第２の終端量子メモリは、上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の端部それぞれに位置決めされ；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記量子リピータは、１ペアの光子をエンタングルさせるように構造的に構成され；
上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の上記量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され、これにより、上記第１及び第２の終端量子メモリが受信する光子が、上記量子リピータがエンタングルさせた光子とエンタングルし；
上記複数のマルチコア光ファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延をもたらすよう構造的に構成される、少なくとも２つの不均一なコアを備え；
上記２つの光子エンタングルメント鎖それぞれの上記第１及び第２の終端量子メモリは、それぞれ、第１及び第２の交差鎖量子リピータを形成して、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成し；
上記第１及び第２の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第１及び第２の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0117】

実施形態２
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、約１〜１００ＭＨｚのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0118】

実施形態３
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも１つの量子リピータの処理速度Πの約１０％以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0119】

実施形態４
上記マルチコア光ファイバリンクは、約２〜約２０個のコアを備える単一モードマルチコア光ファイバを備える、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0120】

実施形態５
上記マルチコア光ファイバリンクは、単一モードマルチコア光ファイバを備え、
上記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも２つの上記コアは、異なる直径を備える、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0121】

実施形態６
個々の上記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも２つの上記コアは、上記少なくとも２つのコアの間の光子伝播遅延が異なるように、異なる屈折率プロファイルを備える、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0122】

実施形態７
上記マルチコア光ファイバリンクの少なくとも１つの上記コアは、屈折率プロファイルｎ（ｒ）^２＝ｎ_１^２（１‐２Δ（ｒ／ａ）^α）を備え、ここで：
ｒは上記コア内での径方向位置であり；
ｎ_１はｒ＝０における屈折率であり；
αは屈折率定数であり；
ａはクラッドの半径であり；
Δ＝（ｎ_１‐ｎ_２）／ｎ_１であり；
ｎ_２は上記クラッドの屈折率である、実施形態６に記載の量子鍵生成システム。

【0123】

実施形態８
上記マルチコア光ファイバリンクは、中心コア及び１つ又は複数の径方向オフセットコアを備える、スパンマルチコア光ファイバリンクを含む、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0124】

実施形態９
上記スパンマルチコア光ファイバリンクは、α（ｚ）＝α_０のスピンプロファイルを有する単方向スピン構成を備え、ここで：
α（ｚ）は、ファイバリンクの長さに沿った座標（ｚ）における単方向スピンプロファイルであり；
α_０は、ターン数／単位長で表されるスピン振幅である、実施形態８に記載の量子鍵生成システム。

【0125】

実施形態１０
上記スパンマルチコア光ファイバリンクの上記スピン振幅α_０は、約１〜１０ターン／メートルである、実施形態９に記載の量子鍵生成システム。

【0126】

実施形態１１
上記スパンマルチコア光ファイバリンクは、α＝α_０ｓｉｎ（２πｚ／Λ）のスピンプロファイルを有する双方向スピン構成を備え、ここで：
αは、双方向スピンプロファイルであり；
α_０は、ターン数／単位長で表されるスピン振幅であり；
Λはスピン区間長さであり；
ｚはファイバリンクの長さである、実施形態８に記載の量子鍵生成システム。

【0127】

実施形態１２
上記スピン区間長さΛは、約０．１〜約５０メートルである、実施形態１１に記載の量子鍵生成システム。

【0128】

実施形態１３
上記スパンマルチコア光ファイバリンクは、正方形又は三角形双方向スピンプロファイルを備える、実施形態８に記載の量子鍵生成システム。

【0129】

実施形態１４
上記マルチコア光ファイバリンクは、スパンマルチコア光ファイバリンクを含み、
上記中心コアと、個々の上記径方向オフセットコアとの間の、上記コア長さの差は

【0130】

【数6】

【0131】

であり、ここで：
Λは、光ファイバのスピン長さであり；
ａは、上記中心コアと上記個々の径方向オフセットコアとの間の径方向距離であり；
Ｎは、上記光ファイバリンクの長さＬに亘るスピンの合計数である、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0132】

実施形態１５
上記スパンマルチコア光ファイバリンクの少なくとも１つの上記コアは、屈折率プロファイルｎ（ｒ）^２＝ｎ_１^２（１‐２Δ（ｒ／ａ）^α）を備え、ここで：
ｒは上記コア内での径方向位置であり；
ｎ_１はｒ＝０における屈折率であり；
αは屈折率定数であり；
ａは上記クラッドの半径であり；
Δ＝（ｎ_１‐ｎ_２）／ｎ_１であり；
ｎ_２は上記クラッドの屈折率である、実施形態１４に記載の量子鍵生成システム。

【0133】

実施形態１６
上記スパンマルチコア光ファイバリンクは、単方向スピンプロファイル又は双方向スピンプロファイルを備える、実施形態１５に記載の量子鍵生成システム。

【0134】

実施形態１７
上記量子リピータを上記マルチコア光ファイバリンクの個々の上記コアと光学的に整列させるよう構造的に構成される、１つ又は複数の整列機構を更に備え、これにより上記量子リピータは、上記マルチコア光ファイバリンクの個々の上記コアと光学的に整列した状態で選択的に位置決めされる、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0135】

実施形態１８
上記マルチコア光ファイバリンクの個々の上記コアが、上記光子エンタングルメント鎖のうちの１つに対する光子伝播経路を提供し、同一の上記マルチコア光ファイバリンクの他の個々の上記コアが、上記光子エンタングルメント鎖のうちの別の１つに対する光子伝播経路を提供するよう、構造的に構成される、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0136】

実施形態１９
上記光子エンタングルメント鎖に位置決めされた上記光ファイバリンクは、上記光ファイバリンクの上記コア長さの測定のために、光学タイムドメイン反射率計からの較正信号を受信するよう、構造的に構成される、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0137】

実施形態２０
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、並びに少なくとも２つの量子リピータを更に備え；
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記量子リピータのうちの少なくとも２つは、コア長さＬのコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点エンタングルド光子生成器に光学的に連結された、第１及び第２の中間量子リピータを備え；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬのコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータに光学的に連結され；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬ’のコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでＬ'＞Ｌであり；
上記始点エンタングルド光子生成器、上記第１の中間エンタングルド光子生成器、及び上記第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され：
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータは、上記始点エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成される、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0138】

実施形態２１
各上記光子エンタングルメント鎖の少なくとも１つの上記量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされた、始点量子リピータを更に備え；
各上記光子エンタングルメント鎖は、コア長さＬのコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータに光学的に連結された、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器を備え；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬ’のコアを備える上記マルチコア光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでＬ'＞Ｌであり；
上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され：
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、上記第１の中間エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成される、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0139】

実施形態２２
各上記光子エンタングルメント鎖は、各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の終端量子メモリと上記第２の終端量子メモリとの間に配置された少なくとも２つの量子リピータを更に備え、
上記少なくとも２つの量子リピータは、隣接して位置決めされ、上記マルチコアファイバリンクによって光学的に連結され；
各上記量子リピータは、光子のペアをエンタングルさせて、個々のエンタングルした上記光子を上記マルチコアファイバリンク内へと出力するよう、構造的に構成され；
各上記量子リピータに隣接して位置決めされた上記量子リピータが出力した上記個々のエンタングルした光子を受信するよう、構造的に構成される、実施形態１に記載の量子鍵生成システム。

【0140】

実施形態２３
各上記光子エンタングルメント鎖の上記少なくとも２つの量子リピータはそれぞれ、２つの量子メモリ、及びエンタングルメント光学素子を備え；
上記エンタングルメント光学素子は、上記２つの量子メモリ及び２つのエンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する、２つ以上のエンタングリング経路を備える、実施形態２２に記載の量子鍵生成システム。

【0141】

実施形態２４
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ；
上記エンタングルメント光学素子は、上記量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態２３に記載の量子鍵生成システム。

【0142】

実施形態２５
２つの光子エンタングルメント鎖、２つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し：
上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され；
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、約１〜１００ＭＨｚのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0143】

実施形態２６
上記複数のマルチコアファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された、少なくとも２つの不均一なコアを備える、実施形態２５に記載の量子鍵生成システム。

【0144】

実施形態２７
２つの光子エンタングルメント鎖、２つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し；
上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の終端量子メモリに光学的に連結させるよう、構造的に構成され；
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも１つの量子リピータの処理速度Πの約１０％以内のビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0145】

実施形態２８
上記複数のマルチコアファイバリンクはそれぞれ、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された、少なくとも２つの不均一なコアを備える、実施形態２７に記載の量子鍵生成システム。

【0146】

実施形態２９
上記量子リピータに光学的に連結され、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成される、エンタングルド光子生成器を更に備える、実施形態２７に記載の量子鍵生成システム。

【0147】

実施形態３０
２つの光子エンタングルメント鎖、２つの光子検出器ユニット、及び複数のマルチコアファイバリンクを備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し：
上記複数のマルチコア光ファイバリンクは、各上記光子エンタングルメント鎖の量子リピータを、各上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の終端量子メモリに、光学的に連結させるよう、構造的に構成され；
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも１つの量子リピータの処理速度Πの約１０％以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0148】

実施形態３１
２つの光子検出器ユニット及び２つの光子エンタングルメント鎖を備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し；
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間量子リピータ、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備え；
上記第１及び第２の終端量子メモリは、上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の端部それぞれに位置決めされ；
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータは、コア長さＬの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点エンタングルド光子生成器に光学的に連結され；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータに光学的に連結され；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬ’の上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでＬ'＞Ｌであり；
上記始点エンタングルド光子生成器、上記第１の中間エンタングルド光子生成器、及び上記第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され：
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータは、上記始点エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成され；
上記２つの光子エンタングルメント鎖それぞれの上記第１及び第２の終端量子メモリは、それぞれ、第１及び第２の交差鎖量子リピータを形成して、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成し；
上記第１及び第２の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第１及び第２の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0149】

実施形態３２
上記始点エンタングルド光子生成器、並びに上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、２つのエンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成される、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0150】

実施形態３３
上記始点エンタングルド光子生成器、並びに上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、２つのパラメトリックダウンコンバージョン生成器、エンタングルメント光学素子、経路スプリッタ、及びエンタングルメント検出器を備え；
上記エンタングルメント光学素子は、第１のパラメトリックダウンコンバージョン生成器及び上記エンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する第１のエンタングリング経路と、第２のパラメトリックダウンコンバージョン生成器及び上記経路スプリッタに光学的に連結されてこれらの間に延在する第２のエンタングリング経路とを備える、実施形態３２に記載の量子鍵生成システム。

【0151】

実施形態３４
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ；
上記エンタングルメント光学素子は、上記パラメトリックダウンコンバージョン生成器が出力したエンタングルした光子の各ペアが上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記エンタングルした光子の各ペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態３３に記載の量子鍵生成システム。

【0152】

実施形態３５
上記経路スプリッタは、２つのエンタングルした光子を上記光ファイバリンクのうちの１つへと配向し、かつ２つのエンタングルした光子を上記光ファイバリンクのうちの別の１つへと配向するよう、構造的に構成される、実施形態３３に記載の量子鍵生成システム。

【0153】

実施形態３６
上記第１及び第２のエンタングリング経路の少なくとも一部分は、マルチコア光ファイバを備える、実施形態３３に記載の量子鍵生成システム。

【0154】

実施形態３７
上記光子検出器ユニットは、１つ又は複数の単一光子検出器を備える、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0155】

実施形態３８
各上記光子検出器ユニットは、上記終端量子メモリと光学的に整列された状態で位置決めされた光子検出器のペアを備え、これにより、個々の終端量子メモリが生成した粒子は、個々の上記光子検出器によって受信される、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0156】

実施形態３９
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータは：（ｉ）上記始点エンタングルド光子生成器のうちの１つが生成した、個々のエンタングルした光子を受信し；（ｉｉ）上記光子エンタングルメント鎖のうちの１つの上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成した、個々のエンタングルした光子を受信し；（ｉｉｉ）受信した上記光子をエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0157】

実施形態４０
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータはそれぞれ、２つの量子メモリ、及びエンタングルメント光学素子を備え；
上記エンタングルメント光学素子は、上記２つの量子メモリ及び２つのエンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する、２つのエンタングリング経路を備える、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0158】

実施形態４１
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ；
上記エンタングルメント光学素子は、上記量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態４０に記載の量子鍵生成システム。

【0159】

実施形態４２
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータはそれぞれ、２つの上記エンタングルメント検出器に光学的に連結された２つの上記エンタングリング経路を備える上記エンタングルメント光学素子、及びビームスプリッタであって、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされる、ビームスプリッタを備える、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0160】

実施形態４３
上記エンタングルメント光学素子は、上記第１及び第２の中間量子リピータが受信した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態４２に記載の量子鍵生成システム。

【0161】

実施形態４４
上記第１及び第２の交差鎖量子リピータは：（ｉ）各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器それぞれが生成した光子を受信し；（ｉｉ）受信した上記光子をエンタングルさせることにより、各上記エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器が生成した、エンタングルした光子のペアを、エンタングルさせ；（ｉｉｉ）測定可能なエンタングルした粒子を生成するよう、構造的に構成される、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0162】

実施形態４５
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の交差鎖量子リピータは、上記終端量子メモリ及び上記光子検出器ユニットに光学的に連結されてこれらの間に延在する１つ又は複数の上記エンタングリング経路を備える終端エンタングルメント光学素子を更に備える、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0163】

実施形態４６
上記終端エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するよう位置決めされ；
上記終端エンタングルメント光学素子は、上記終端量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態４５に記載の量子鍵生成システム。

【0164】

実施形態４７
上記光ファイバリンクは、マルチコア光ファイバリンクを備え；
各上記マルチコア光ファイバリンクは、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された少なくとも２つの不均一なコアを備える、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0165】

実施形態４８
上記始点位置と上記第１の端部との間に位置決めされ、かつ上記始点位置と上記第２の端部との間に位置決めされた、追加の量子リピータ及び追加のエンタングルド光子生成器を更に備える、実施形態３１に記載の量子鍵生成システム。

【0166】

実施形態４９
上記追加の量子リピータ及び上記追加のエンタングルド光子生成器は：
各上記追加の量子リピータが、隣接する上記エンタングルド光子生成器間に配置されて、上記光ファイバリンクを用いてこれらに光学的に連結され；
各上記追加のエンタングルド光子生成器が、ある上記追加の量子リピータと、別の上記追加の量子リピータ又は個々の上記終端量子メモリとの間に配置されて、上記光ファイバリンクを用いてこれらに光学的に連結される
よう、交互に配置される、実施形態４８に記載の量子鍵生成システム。

【0167】

実施形態５０
上記追加の量子リピータに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記始点位置から外側に位置決めされるほど、より長いコア長さを備える、実施形態４９に記載の量子鍵生成システム。

【0168】

実施形態５１
上記終端量子メモリに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記複数の光ファイバリンクの最長のコア長さを備える、実施形態５０に記載の量子鍵生成システム。

【0169】

実施形態５２
上記第１及び第２の中間量子リピータに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記複数の光ファイバリンクの最短のコア長さを備える、実施形態５０に記載の量子鍵生成システム。

【0170】

実施形態５３
２つの光子エンタングルメント鎖及び２つの光子検出器ユニットを備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し、始点エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間量子リピータ、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備え；
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の各始点位置に位置決めされ；
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、約１〜１００ＭＨｚのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0171】

実施形態５４
２つの光子エンタングルメント鎖及び２つの光子検出器ユニットを備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し、始点エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間量子リピータ、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備え；
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の各始点位置に位置決めされ；
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも１つの量子リピータの処理速度Πの約１０％以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0172】

実施形態５５
２つの光子検出器ユニット及び２つの光子エンタングルメント鎖を備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し；
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、第１及び第２の中間量子リピータ、並びに第１及び第２の交差鎖量子リピータを備え；
上記第１及び第２の交差鎖量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の端部それぞれに位置決めされ；
上記始点エンタングルド光子生成器は、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータは、コア長さＬの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点エンタングルド光子生成器に光学的に連結され；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータに光学的に連結され；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬ’の上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の交差鎖量子リピータに光学的に連結され、ここでＬ'＞Ｌであり；
上記始点エンタングルド光子生成器、上記第１の中間エンタングルド光子生成器、及び上記第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され：
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間量子リピータは、上記始点エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成され；
上記第１及び第２の交差鎖量子リピータは、各上記光子エンタングルメント鎖から光子を受信してエンタングルさせ、測定可能なエンタングルド粒子を生成するよう、構造的に構成され；
上記第１及び第２の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第１及び第２の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0173】

実施形態５６
２つの光子検出器ユニット及び２つの光子エンタングルメント鎖を備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し；
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点量子リピータ、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備え；
上記第１及び第２の終端量子メモリは、上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の端部それぞれに位置決めされ；
上記始点量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、コア長さＬの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータに光学的に連結され；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬ’の上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の終端量子メモリに光学的に連結され、ここでＬ'＞Ｌであり；
上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され：
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、上記第１の中間エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成され；
上記２つの光子エンタングルメント鎖それぞれの上記第１及び第２の終端量子メモリは、それぞれ、第１及び第２の交差鎖量子リピータを形成して、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成し；
上記第１及び第２の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第１及び第２の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0174】

実施形態５７
上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、２つのエンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成される、実施形態５６に記載の量子鍵生成システム。

【0175】

実施形態５８
上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、２つのパラメトリックダウンコンバージョン生成器、エンタングルメント光学素子、経路スプリッタ、及びエンタングルメント検出器を備え；
上記エンタングルメント光学素子は、第１のパラメトリックダウンコンバージョン生成器及び上記エンタングルメント検出器に光学的に連結されてこれらの間に延在する第１のエンタングリング経路と、第２のパラメトリックダウンコンバージョン生成器及び上記経路スプリッタに光学的に連結されてこれらの間に延在する第２のエンタングリング経路とを備える、実施形態５７に記載の量子鍵生成システム。

【0176】

実施形態５９
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ；
上記エンタングルメント光学素子は、上記パラメトリックダウンコンバージョン生成器が出力したエンタングルした光子の各ペアが上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記エンタングルした光子の各ペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態５８に記載の量子鍵生成システム。

【0177】

実施形態６０
上記経路スプリッタは、２つのエンタングルした光子を上記光ファイバリンクのうちの１つへと配向し、かつ２つのエンタングルした光子を上記光ファイバリンクのうちの別の１つへと配向するよう、構造的に構成される、実施形態５８に記載の量子鍵生成システム。

【0178】

実施形態６１
上記第１及び第２のエンタングリング経路の少なくとも一部分は、マルチコア光ファイバを備える、実施形態５８に記載の量子鍵生成システム。

【0179】

実施形態６２
上記光子検出器ユニットは、１つ又は複数の単一光子検出器を備える、実施形態５６に記載の量子鍵生成システム。

【0180】

実施形態６３
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは：（ｉ）上記光子エンタングルメント鎖のうちの１つの上記第１の中間エンタングルド光子生成器のうちの１つがそれぞれ生成した、個々のエンタングルした光子を受信し；（ｉｉ）上記光子エンタングルメント鎖のうちの１つの上記第２の中間エンタングルド光子生成器のうちの１つがそれぞれ生成した、個々のエンタングルした光子を受信し；（ｉｉｉ）受信した上記光子をエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態５６に記載の量子鍵生成システム。

【0181】

実施形態６４
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、２つの量子メモリ、及びエンタングルメント光学素子を備え；
上記エンタングルメント光学素子は、上記２つの量子メモリのうちの１つ及び２つのエンタングルメント検出器のうちの１つにそれぞれ光学的に連結されてこれらの間に延在する、２つのエンタングリング経路を備える、実施形態５６に記載の量子鍵生成システム。

【0182】

実施形態６５
上記エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされ；
上記エンタングルメント光学素子は、上記量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態６４に記載の量子鍵生成システム。

【0183】

実施形態６６
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、２つの上記エンタングルメント検出器に光学的に連結された２つの上記エンタングリング経路を備える上記エンタングルメント光学素子、及びビームスプリッタであって、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するように位置決めされる、ビームスプリッタを備える、実施形態５６に記載の量子鍵生成システム。

【0184】

実施形態６７
上記エンタングルメント光学素子は、上記始点量子リピータが受信した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態６６に記載の量子鍵生成システム。

【0185】

実施形態６８
上記第１及び第２の交差鎖量子リピータは：（ｉ）各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器それぞれが生成した光子を受信し；（ｉｉ）受信した上記光子をエンタングルさせることにより、各上記エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器が生成した、エンタングルした光子のペアを、エンタングルさせ；（ｉｉｉ）測定可能なエンタングルした粒子を生成するよう、構造的に構成される、実施形態５６に記載の量子鍵生成システム。

【0186】

実施形態６９
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の交差鎖量子リピータは、上記終端量子メモリ及び上記光子検出器ユニットに光学的に連結されてこれらの間に延在する１つ又は複数の上記エンタングリング経路を備える終端エンタングルメント光学素子を更に備える、実施形態５６に記載の量子鍵生成システム。

【0187】

実施形態７０
上記終端エンタングルメント光学素子はビームスプリッタを更に備え、上記ビームスプリッタは、各上記エンタングリング経路が上記ビームスプリッタを横断するよう位置決めされ；
上記終端エンタングルメント光学素子は、上記終端量子メモリが出力した粒子が上記ビームスプリッタを同時に横断する際に、上記粒子のペアをエンタングルさせるよう、構造的に構成される、実施形態６９に記載の量子鍵生成システム。

【0188】

実施形態７１
上記光ファイバリンクは、マルチコア光ファイバリンクを備え；
各上記マルチコア光ファイバリンクは、不均一な光子伝播遅延を提供するよう構造的に構成された少なくとも２つの不均一なコアを備える、実施形態７０に記載の量子鍵生成システム。

【0189】

実施形態７２
上記始点位置と上記第１の端部との間に位置決めされ、かつ上記始点位置と上記第２の端部との間に位置決めされた、追加の量子リピータ及び追加のエンタングルド光子生成器を更に備える、実施形態５６に記載の量子鍵生成システム。

【0190】

実施形態７３
上記追加の量子リピータ及び上記追加のエンタングルド光子生成器は：
各上記追加の量子リピータが、隣接する上記エンタングルド光子生成器間に配置されて、上記光ファイバリンクを用いてこれらに光学的に連結され；
各上記追加のエンタングルド光子生成器が、ある上記追加の量子リピータと、別の上記追加の量子リピータ又は個々の上記終端量子メモリとの間に配置されて、上記光ファイバリンクを用いてこれらに光学的に連結される
よう、交互に配置される、実施形態７２に記載の量子鍵生成システム。

【0191】

実施形態７４
上記光ファイバリンクは、上記始点位置から外側に位置決めされるほど、より長いコア長さを備える、実施形態７３に記載の量子鍵生成システム。

【0192】

実施形態７５
上記終端量子メモリに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記複数の光ファイバリンクの最長のコア長さを備える、実施形態７４に記載の量子鍵生成システム。

【0193】

実施形態７６
上記始点量子リピータに光学的に連結された上記光ファイバリンクは、上記複数の光ファイバリンクの最短のコア長さを備える、実施形態７４に記載の量子鍵生成システム。

【0194】

実施形態７７
２つの光子エンタングルメント鎖及び２つの光子検出器ユニットを備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し、始点量子リピータ、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備え；
上記始点量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の各始点位置に位置決めされ；
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、約１〜１００ＭＨｚのビットレートで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0195】

実施形態７８
２つの光子エンタングルメント鎖、２つの光子検出器ユニット、及び少なくとも１つの量子リピータを備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し、始点量子リピータ、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、並びに第１及び第２の終端量子メモリを備え；
上記始点量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の各始点位置に位置決めされ；
上記２つの光子エンタングルメント鎖は、上記少なくとも１つの量子リピータの処理速度Πの約１０％以内のビットレートΓで、各上記光子検出器ユニットによって受信可能な相関した量子鍵ビットを生成するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0196】

実施形態７９
２つの光子検出器ユニット及び２つの光子エンタングルメント鎖を備える、量子鍵生成システムであって：
各上記光子エンタングルメント鎖は、上記２つの光子検出器ユニットの間に延在し；
各上記光子エンタングルメント鎖は、始点量子リピータ、第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器、並びに第１及び第２の交差鎖量子リピータを備え；
上記第１及び第２の交差鎖量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の第１及び第２の端部それぞれに位置決めされ；
上記始点量子リピータは、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１の端部と上記第２の端部との間の、それぞれの始点位置に位置決めされ；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、コア長さＬの上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータに光学的に連結され；
各上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器は、それぞれ、コア長さＬ’の上記光ファイバリンクによって、上記光子エンタングルメント鎖の上記第１及び第２の交差鎖量子リピータに光学的に連結され、ここでＬ'＞Ｌであり；
上記第１及び第２の中間エンタングルド光子生成器はそれぞれ、エンタングルした光子のペアを生成するよう構造的に構成され：
各上記光子エンタングルメント鎖の上記始点量子リピータは、上記第１の中間エンタングルド光子生成器が生成したエンタングルした光子のペアが、上記第２の中間エンタングルド光子生成器がそれぞれ生成したエンタングルした光子のペアとエンタングルするよう、構造的に構成され；
上記第１及び第２の交差鎖量子リピータは、各上記光子エンタングルメント鎖から光子を受信してエンタングルさせ、上記交差鎖量子リピータにおいて測定可能なエンタングルド粒子を生成するよう、構造的に構成され；
上記第１及び第２の光子検出器ユニットは、それぞれ上記第１及び第２の交差鎖量子リピータによって生成された上記測定可能なエンタングルド粒子を受信するよう、構造的に構成される、量子鍵生成システム。

【0197】

実施形態８０
光ファイバリンク、量子信号生成器、古典信号生成器、量子信号受信器、古典信号受信器、１つ又は複数の光多重化器、及び１つ又は複数の光逆多重化器を備える、信号リンクシステムであって：
上記光ファイバリンクは、出力端部に対向する入力端部、及び上記入力端部と上記出力端部との間に延在するコアを備え；
上記１つ又は複数の光多重化器は、上記光ファイバリンクの上記入力端部における上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号生成器及び上記古典信号生成器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結され；
上記量子信号生成器は、量子光子信号を生成するよう構造的に構成され；
上記古典信号生成器は、上記量子光子信号より高い光強度を有する古典光子信号を生成するよう構造的に構成され；
上記１つ又は複数の光多重化器は：（ｉ）上記量子信号生成器から上記量子光子信号を受信し、上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、波長分割多重化、時分割多重化又はこれら両方を用いて、上記量子光子信号を上記古典光子信号と多重化し；（ｉｉ）上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記古典光子信号を極性多重化し；（ｉｉｉ）多重化された上記量子光子信号及び古典光子信号を、上記光ファイバリンクの上記コアへと出力するよう、構造的に構成され；
上記１つ又は複数の光逆多重化器は、上記光ファイバリンクの上記出力端部における上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号受信器及び上記古典信号受信器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結され；
上記１つ又は複数の光逆多重化器は：（ｉ）上記光ファイバリンクの上記コアから上記多重化された量子光子信号及び古典光子信号を受信するとすぐに、波長分割逆多重化、時分割逆多重化又はこれら両方を用いて、上記古典光子信号から上記多重化された量子光子信号を逆多重化し；（ｉｉ）上記光ファイバリンクの上記コアから上記極性多重化された古典光子信号を受信するとすぐに、上記極性多重化された古典光子信号を極性逆多重化し；（ｉｉｉ）上記量子光子信号を上記量子信号受信器に向けて出力し；（ｉｖ）上記古典光子信号を上記古典信号受信器に向けて出力するよう、構造的に構成される、信号リンクシステム。

【0198】

実施形態８１
上記１つ又は複数の光多重化器のうちの少なくとも１つは、コヒーレント変調フォーマットを用いて、上記古典光子信号を極性多重化するよう、構造的に構成される、実施形態８０に記載の信号リンクシステム。

【0199】

実施形態８２
上記コヒーレント変調フォーマットは、ＰＭ‐１６ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐８ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＢＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、又はＰＳ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマットを含む、実施形態８０に記載の信号リンクシステム。

【0200】

実施形態８３
上記１つ又は複数の光多重化器のうちの少なくとも１つは、上記量子信号生成器から上記量子光子信号を受信し、上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記量子光子信号及び上記古典光子信号を周波数分割多重化するよう、構造的に構成される、実施形態８０に記載の信号リンクシステム。

【0201】

実施形態８４
上記量子光子信号は、少なくとも１つのエンタングルした量子光子を含む、実施形態８０に記載の信号リンクシステム。

【0202】

実施形態８５
上記コアは、第１のコアを備え；
上記光ファイバリンクは、第２のコアを備え；
上記第１のコアは、上記量子信号生成器が生成して上記古典光子信号と多重化された上記量子光子信号が上記第１のコアを横断するように、上記１つ又は複数の光多重化器と光学的に整列され；
上記第２のコアは、上記古典信号生成器が生成して上記量子光子信号と多重化された上記古典光子信号が上記第２のコアを横断するように、上記１つ又は複数の光多重化器と光学的に整列される、実施形態８０に記載の信号リンクシステム。

【0203】

実施形態８６
上記光ファイバリンクは、約７０ｋｍ超の長さを備える、実施形態８０に記載の信号リンクシステム。

【0204】

実施形態８７
上記光ファイバリンクの上記入力端部の、上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号生成器及び上記古典信号生成器のそれぞれとの間に位置決めされてこれらと光学的に連結された、１つ又は複数の光学エンコーダ；並びに
上記光ファイバリンクの上記出力端部の、上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号受信器及び上記古典信号受信器のそれぞれとの間に位置決めされてこれらと光学的に連結された、１つ又は複数の光学デコーダ
を更に備え、
上記１つ又は複数の光学エンコーダは、上記量子信号生成器から上記量子光子信号を受信し、上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記量子光子信号及び上記古典光子信号をエンコードするよう、構造的に構成され；
上記１つ又は複数の光学デコーダは、上記光ファイバリンクの上記コアから、エンコードされた上記量子光子信号及びエンコードされた上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記エンコードされた量子光子信号及び上記エンコードされた古典光子信号をデコードするよう、構造的に構成される、実施形態８０に記載の信号リンクシステム。

【0205】

実施形態８８
上記１つ又は複数の光学エンコーダのうちの少なくとも１つは、前方エラー訂正プロセスを用いて、上記古典光子信号をエンコードするよう、構造的に構成される、実施形態８７に記載の信号リンクシステム。

【0206】

実施形態８９
上記１つ又は複数の光学エンコーダのうちの少なくとも１つは、時間ビニング、極性エンコーディング又は位相弁別を用いて、上記量子光子信号をエンコードするよう、構造的に構成される、実施形態８７に記載の信号リンクシステム。

【0207】

実施形態９０
光ファイバリンク、量子信号生成器、古典信号生成器、量子信号受信器、及び古典信号受信器を備える、信号リンクシステムであって；
上記光ファイバリンクは、上記光ファイバリンクの入力端部と出力端部との間にそれぞれ延在する、第１のコア及び第２のコアを備え；
上記光ファイバリンクの上記第１のコアは、上記光ファイバリンクの上記入力端部において上記量子信号生成器に光学的に連結され、また上記光ファイバリンクの上記出力端部において上記量子信号受信器に光学的に連結され；
上記光ファイバリンクの上記第２のコアは、上記光ファイバリンクの上記入力端部において上記古典信号生成器に光学的に連結され、また上記光ファイバリンクの上記出力端部において上記古典信号受信器に光学的に連結される、信号リンクシステム。

【0208】

実施形態９１
上記光ファイバリンクは、上記第１のコア及び上記第２のコアを取り囲むクラッド、上記第１のコアを取り囲む第１のトレンチリング、並びに上記第２のコアを取り囲む第２のトレンチリングを更に備え；
上記第１及び第２のトレンチリングはそれぞれ、上記クラッドの屈折率とは異なる屈折率を備える、実施形態９０に記載の信号リンクシステム。

【0209】

実施形態９２
上記第１のコアは、第１のコア半径を備え；
上記第２のコアは、第２のコア半径を備え；
上記第１のコア半径は、上記第２のコア半径とは異なる、実施形態９０に記載の信号リンクシステム。

【0210】

実施形態９３
上記第１のコアは、第１の有効屈折率を備え；
上記第２のコアは、第２の有効屈折率を備え；
上記第１の有効屈折率は、上記第２の有効屈折率とは異なる、実施形態９０に記載の信号リンクシステム。

【0211】

実施形態９４
上記第１のコア及び上記第２のコアはそれぞれ、段階的屈折率プロファイル、トレンチ型屈折率プロファイル、傾斜した屈折率プロファイル、放物線的な屈折率プロファイル、及び三角形の屈折率プロファイルのうちの１つを備える、実施形態９０に記載の信号リンクシステム。

【0212】

実施形態９５
上記第１のコア及び上記第２のコアはそれぞれ、純シリカを含む、実施形態９０に記載の信号リンクシステム。

【0213】

実施形態９６
上記光ファイバリンクは、約７０ｋｍ超の長さを備える、実施形態９０に記載の信号リンクシステム。

【0214】

実施形態９７
量子光子信号及び古典光子信号を多重化及び逆多重化する方法であって、上記方法は：
１つ又は複数の光多重化器に光学的に連結された量子信号生成器から、量子光子信号を放出するステップ；及び
１つ又は複数の光多重化器に光学的に連結された古典信号生成器から、上記量子光子信号より高い光強度を有する古典光子信号を放出するステップ
を含み、
上記１つ又は複数の光多重化器は、光ファイバリンクの入力端部の、上記光ファイバリンクのコアと、上記量子信号生成器及び上記古典信号生成器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらと光学的に連結され；
１つ又は複数の光逆多重化器は、上記光ファイバリンクの出力端部の、上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号受信器及び上記古典信号受信器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらと光学的に連結され；
上記１つ又は複数の光多重化器が上記古典光子信号及び上記量子光子信号を受信するとすぐに、上記１つ又は複数の光多重化器は：
（ｉ）波長分割多重化、時分割多重化又はこれら両方を用いて、上記古典光子信号を上記量子光子信号と多重化し：
（ｉｉ）上記古典光子信号を極性多重化し；
（ｉｉｉ）多重化された上記古典光子信号及び量子光子信号を、上記光ファイバリンクの上記入力端部における上記光ファイバリンクの上記コアへと出力し、これにより、上記多重化された古典光子信号及び量子光子信号が、上記入力端部から上記出力端部へと、上記光ファイバリンクの上記コアを横断して、上記１つ又は複数の光逆多重化器を照射し；
上記１つ又は複数の光逆多重化器が上記多重化された古典光子信号及び量子光子信号を受信するとすぐに、上記１つ又は複数の光逆多重化器は：
（ｉ）波長分割多重化、時分割多重化又はこれら両方を用いて、上記量子光子信号から上記古典光子信号を逆多重化し；
（ｉｉ）上記古典光子信号を極性逆多重化し；
（ｉｉｉ）上記量子光子信号を上記量子信号受信器に向けて出力し；
（ｉｖ）上記古典光子信号を上記古典信号受信器に向けて出力する、方法。

【0215】

実施形態９８
上記１つ又は複数の光多重化器のうちの１つは、ＰＭ‐１６ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐８ＱＡＭコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、ＰＭ‐ＢＰＳＫコヒーレント変調フォーマット、又はＰＳ‐ＱＰＳＫコヒーレント変調フォーマットを用いて、上記古典光子信号を極性多重化する、実施形態９７に記載の方法。

【0216】

実施形態９９
光ファイバリンク、量子信号生成器、古典信号生成器、量子信号受信器、古典信号受信器、光多重化器、及び光逆多重化器を備える、信号リンクシステムであって：
上記光ファイバリンクは、出力端部に対向する入力端部、上記入力端部と上記出力端部との間に延在するコア、及び約７０ｋｍ超の長さを備え；
上記光多重化器は、上記光ファイバリンクの上記入力端部における上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号生成器及び上記古典信号生成器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結され；
上記量子信号生成器は、量子光子信号を生成するよう構造的に構成され；
上記古典信号生成器は、上記量子光子信号より高い光強度を有する古典光子信号を生成するよう構造的に構成され；
上記光多重化器は：（ｉ）上記量子信号生成器から上記量子光子信号を受信し、上記古典信号生成器から上記古典光子信号を受信するとすぐに、上記量子光子信号を上記古典光子信号と多重化し；（ｉｉ）多重化された上記量子光子信号及び多重化された上記古典光子信号を、上記光ファイバリンクの上記コアへと出力するよう、構造的に構成され；
上記光逆多重化器は、上記光ファイバリンクの上記出力端部における上記光ファイバリンクの上記コアと、上記量子信号受信器及び上記古典信号受信器のそれぞれとの間に位置決めされて、これらに光学的に連結され；
上記光逆多重化器は：（ｉ）上記光ファイバリンクの上記コアから上記多重化された古典光子信号及び古典光子信号を受信するとすぐに、上記量子光子信号から上記多重化された古典光子信号を逆多重化し；（ｉｉ）上記量子光子信号を上記量子信号受信器に向けて出力し；（ｉｉｉ）上記古典光子信号を上記古典信号受信器に向けて出力するよう、構造的に構成され；
上記光ファイバリンクは、上記光ファイバリンクを横断する上記多重化された古典光子信号及び量子光子信号の光減衰率が約０．１７ｄＢ／ｋｍとなるよう、構造的に構成される、信号リンクシステム。

【符号の説明】

【0217】

１００ 量子鍵生成システム
１１０、１１２ 光子検出器ユニット
１１６ 第１の端部
１１８ 第２の端部
１２０ａ、１２０ｂ 光子エンタングルメント鎖
１４０ａ、１４０ｂ 量子リピータ
１４５ 量子メモリ
１５０ 第１の交差鎖量子リピータ
１５２ 第２の交差鎖量子リピータ
１５４ａ、１５４ｂ 第１の終端量子メモリ
１５６ａ、１５６ｂ 第２の終端量子メモリ
１６０ 光ファイバリンク、マルチコア光ファイバリンク、スパンマルチコア光ファイバリンク
１６２ コア、中心コア
１６４ コア、径方向オフセットコア
１６６ クラッド
１７０ エンタングルメント光学素子
１７１ エンタングリング経路
１７２ エンタングルメント検出器
１７３ ビームスプリッタ
１７４ 終端エンタングルメント光学素子
１８０ 整列機構
２００ 量子鍵生成システム
２１０、２１２ 光子検出器ユニット
２１４ 始点位置
２１６ 第１の端部
２１８ 第２の端部
２２０ａ、２２０ｂ 光子エンタングルメント鎖
２３０ａ、２３０ｂ 始点エンタングルド光子生成器
２３２ａ、２３２ｂ 第１の中間エンタングルド光子生成器
２３４ａ、２３４ｂ 第２の中間エンタングルド光子生成器
２４０ａ、２４０ｂ 第１の中間量子リピータ
２４２ａ、２４２ｂ 第２の中間量子リピータ
２４５ 量子メモリ
２５０ 第１の交差鎖量子リピータ
２５２ 第２の交差鎖量子リピータ
２５４ａ、２５４ｂ 第１の終端量子メモリ
２５６ａ、２５６ｂ 第２の終端量子メモリ
２６０ 光ファイバリンク
２７０ エンタングルメント光学素子
２７１ エンタングリング経路
２７２ エンタングルメント検出器
２７３ ビームスプリッタ
２７４ 終端エンタングルメント光学素子
２８０ 整列機構
３００ 量子鍵生成システム
３１０、３１２ 光子検出器ユニット
３１４ 始点位置
３１６ 第１の端部
３１８ 第２の端部
３２０ａ、３２０ｂ 光子エンタングルメント鎖
３３２ａ、３３２ｂ 第１の中間エンタングルド光子生成器
３３４ａ、３３４ｂ 第２の中間エンタングルド光子生成器
３４０ａ、３４０ｂ 始点量子リピータ
３４５ 量子メモリ
３５０ 第１の交差鎖量子リピータ
３５２ 第２の交差鎖量子リピータ
３５４ａ、３５４ｂ 第１の終端量子メモリ
３５６ａ、３５６ｂ 第２の終端量子メモリ
３６０ 光ファイバリンク
３７０ エンタングルメント光学素子
３７１ エンタングリング経路
３７２ エンタングルメント検出器
３７３ ビームスプリッタ
３７４ 終端エンタングルメント光学素子
３８０ 整列機構
４３０ エンタングルド光子生成器
４６０ 光ファイバリンク
４７０ エンタングルメント光学素子
４７１ 追加のエンタングリング経路
４７１ａ 第１のエンタングリング経路
４７１ｂ 第２のエンタングリング経路
４７２ エンタングルメント検出器
４７３ ビームスプリッタ
４７５ 経路スプリッタ
４９０ 追加のパラメトリックダウンコンバージョン生成器
４９０ａ、４９０ｂ パラメトリックダウンコンバージョン生成器
５０１ 信号リンクシステム
５０２ 光多重化器
５０４ 光逆多重化器
５０６ 光学エンコーダ
５０８ 光学デコーダ
５３０ 量子信号生成器
５３１ 古典信号生成器
５４０ 量子信号受信器
５４１ 古典信号受信器
５６０ 光ファイバリンク
５６１ 入力端部
５６２ コア
５６２ａ 第１のコア
５６２ｂ 第２のコア
５６３ 出力端部
５６５ クラッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】